تقاطع نهج نمذجة العضلات متعددة الأضلاع يسترشد ببيانات ندبة العضلات وبيانات التصوير بالرنين المغناطيسي. الائتمان: د. اشلي وايزمان

تُظهر النمذجة الرقمية للأنسجة الرخوة للحفريات الأسطورية أن أسترالوبيثكس أفارينسيس كان يمتلك عضلات قوية في الساق والورك لسكن الأشجار ، لكن عضلات الركبة سمحت له بالمشي بشكل كامل.

قام باحث في جامعة كامبريدج للمرة الأولى بإعادة بناء الأنسجة الرخوة المفقودة من أحد أسلاف الإنسان الأوائل – أو أشباه البشر – كاشفاً عن القدرة على الوقوف منتصباً كما نفعل اليوم.

دكتور. قام آشلي وايزمان 3D بنمذجة عضلات الساق والورك أسترالوبيثكس أفارينسيس باستخدام فحوصات لوسي: اكتشفت عينة أحفورية شهيرة في إثيوبيا في منتصف السبعينيات.

أسترالوبيثكس أفارينسيس الرجل المبكر[{” attribute=””>species that lived in East Africa over three million years ago. Shorter than us, with an ape-like face and smaller brain, but able to walk on two legs, it adapted to both tree and savannah dwelling – helping the species survive for almost a million years.

Named for the Beatles classic ‘Lucy in the Sky with Diamonds’, Lucy is one of the most complete examples to be unearthed of any type of Australopithecus – with 40% of her skeleton recovered.

A digitization of the muscle attachment areas used to build the model of Lucy’s muscles, next to the completed 3D muscle model. Credit: Dr. Ashleigh Wiseman

Wiseman was able to use recently published open-source data on the Lucy fossil to create a digital model of the 3.2 million-year-old hominin’s lower body muscle structure. The study is published in the journal Royal Society Open Science.

The research recreated 36 muscles in each leg, most of which were much larger in Lucy and occupied greater space in the legs compared to modern humans.

For example, major muscles in Lucy’s calves and thighs were over twice the size of those in modern humans, as we have a much higher fat-to-muscle ratio. Muscles made up 74% of the total mass in Lucy’s thigh, compared to just 50% in humans.

https://www.youtube.com/watch؟v=WUjynpAb7gY
نموذج متعدد الأضلاع ثلاثي الأبعاد ، يسترشد ببيانات المسح الضوئي وندوب العضلات ، يعيد بناء عضلات الأطراف السفلية لحفورة أسترالوبيثكس أفارينسيس AL 288-1 ، المعروفة باسم “لوسي”. في هذا النموذج ، يتم ترميز العضلات بالألوان. الائتمان: د. اشلي وايزمان

يتفقون على أن لوسي كانت تسير على قدمين ، لكنهم يختلفون حول كيفية مشيها. جادل البعض أنه عندما كانت الشمبانزي – سلفنا المشترك – تسير على قدمين ، كانت تتحرك في ضلع منحني. يعتقد البعض الآخر أن حركتها كانت أقرب إلى مشيتنا المستقيم على قدمين.

على مدار العشرين عامًا الماضية من البحث ، بدأ الإجماع في الظهور على المشي في وضع مستقيم تمامًا ، ويضيف عمل وايزمان مزيدًا من الثقل إلى هذا. تضمن عضلات لوسي الباسطة للركبة والنفوذ الذي تسمح به قدرتها على تقويم مفصل الركبة بقدر ما يستطيع الشخص السليم اليوم.

يقول وايزمان من معهد ماكدونالد للآثار بجامعة كامبريدج: “لا يمكن تحديد قدرة لوسي على المشي باستقامة إلا من خلال إعادة بناء المسار والمساحة التي تشغلها عضلات الجسم”.

مناظر كاملة لنهج نمذجة العضلات متعددة الأضلاع (بطني ، ظهري ، جانبي وسطي) في AL 288-1 ، حيث تم إنشاء 36 عضلة للطرف السفلي. تظهر العضلات متعددة الأضلاع لـ AL 288-1 مقارنةً بالعضلات البشرية ثلاثية الأبعاد المجزأة من بيانات مسح التصوير بالرنين المغناطيسي. الائتمان: د. اشلي وايزمان

“الآن نحن الحيوان الوحيد الذي يمكنه الوقوف بشكل مستقيم وركبتيه مستقيمة. تشير عضلات لوسي إلى أنها حتى في المنزل على الأشجار ، أتقنت المشي على قدمين مثلنا تمامًا. قال وايزمان: “ربما سارت لوسي وتحركت بطريقة لم تُر في أي كائن حي اليوم”.

“أسترالوبيثكس أفارينسيس منذ 3 إلى 4 ملايين سنة جابت شرق إفريقيا في الأراضي العشبية المشجرة والغابات الكثيفة. تشير عمليات إعادة البناء هذه لعضلات لوسي إلى أنه كان بإمكانها استغلال كلا الموائل بشكل فعال.

كانت لوسي شابة يبلغ طولها أكثر من متر واحد ووزنها 28 كجم. سيكون دماغ لوسي حوالي ثلث دماغنا.

لإعادة تكوين عضلات أشباه البشر ، بدأ وايزمان ببعض البشر الأحياء. باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي والتصوير المقطعي للجهاز العضلي والهيكل العظمي للمرأة والرجل العصريين ، تمكن من رسم “مسارات العضلات” وإنشاء نموذج عضلي هيكلي رقمي.

https://www.youtube.com/watch؟v=i51WMVgYQQE
نموذج متعدد الأضلاع ثلاثي الأبعاد ، يسترشد ببيانات المسح الضوئي وندوب العضلات ، يعيد بناء عضلات الأطراف السفلية لحفورة أسترالوبيثكس أفارينسيس AL 288-1 ، المعروفة باسم “لوسي”. الائتمان: د. اشلي وايزمان

استخدم وايزمان بعد ذلك النماذج الافتراضية الموجودة لهيكل لوسي “لإعادة ترتيب” المفاصل – أي إعادة الهيكل العظمي معًا. حدد هذا العمل المحور الذي يمكن أن تتحرك منه كل مفصل وتدور ، مما يعكس كيفية تحركها في الحياة.

أخيرًا ، تم تركيب العضلات بناءً على مسارات خرائط العضلات البشرية الحديثة ، بالإضافة إلى “ندوب العضلات” الصغيرة (آثار ارتباط العضلات الموجودة في العظام الأحفورية). قال وايزمان: “بدون علم الوصول المفتوح ، لن يكون هذا البحث ممكنًا”.

يمكن أن تساعد عمليات إعادة البناء هذه العلماء الآن على فهم كيفية سير هؤلاء الأسلاف البشريين. قال وايزمان: “على سبيل المثال ، تم بالفعل استخدام إعادة بناء العضلات لقياس سرعة تشغيل T-rex”. “من خلال تطبيق تقنيات مماثلة لأسلافنا ، نريد الكشف عن طيف الحركة الجسدية التي قادت تطورنا – بما في ذلك المهارات التي فقدناها.”

المرجع: “القياس ثلاثي الأبعاد لإعادة بناء العضلات أسترالوبيثكس أفارينسيس الورك والمفاصل ، مع تقييمات النفوذ المشتركة “بقلم آشلي لا وايزمان ، 14 يونيو 2023 ، الجمعية الملكية للعلوم المفتوحة.
DOI: 10.1098 / rsos.230356