3D筋肉復元により、320万年前の「ルーシー」が現代人と同じように直立できることが判明

神話の化石の軟組織をデジタルモデリングしたところ、アウストラロピテクス・アファレンシスは樹上での生活に適した強力な脚と骨盤の筋肉を持っていたが、完全に直立歩行を可能にする膝の筋肉も持っていたことが示された。

ケンブリッジ大学の研究者は、初期の人類の祖先、つまり人類の失われた軟組織を初めてデジタル的に再構築し、今日の私たちと同じように直立する能力を明らかにしました。

アシュリー・ワイズマン博士は、人間の脚と骨盤の筋肉を 3D モデル化しました。 アウストラロピテクス・アファレンシス 「ルーシー」調査の使用: 1970 年代半ばにエチオピアで発見された有名な化石標本。

アウストラロピテクス・アファレンシス 彼は初期の人類だった[{” 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.

「ルーシー」として知られるアウストラロピテクス・アファレンシスの化石 AL 288-1 の下肢の筋肉を再構築するための、スキャン データと筋肉の瘢痕のイメージングに基づいた 3D ポリゴン モデル。 このモデルでは、筋肉が色分けされています。 クレジット: アシュリー・ワイズマン博士

古人類学者は、ルーシーが二本足で歩いたことには同意していますが、彼女がどのように歩いたかについては意見が異なります。 私たちの共通の祖先であるチンパンジーが二本足で歩くときと同じように、肋骨をしゃがんで動いたと主張する人もいる。 他の人は、その移動は二足歩行に似ていたと考えています。

過去 20 年間の研究により、完全に直立して歩くことについてのコンセンサスが生まれてきましたが、ワイズマンの研究はこれにさらに重みを加えています。 ルーシーの膝伸展筋とその力によって、今日の健康な人と同じように膝関節を真っすぐに伸ばすことができることがわかります。

ケンブリッジ大学マクドナルド考古学研究所のワイズマン氏は、「ルーシーが直立歩行する能力は、軌道と体内の筋肉が占める空間を再構成することによってのみ知ることができる」と述べた。

AL 288-1 の多角形筋肉モデリング アプローチの完成図 (腹部、背側、外側、内側)。下肢ごとに 36 個の筋肉が生成されています。 AL 288-1 の多角形の筋肉が、MRI スキャン データから切断された人間の 3D 筋肉と比較して示されています。 クレジット: アシュリー・ワイズマン博士

「現在、私たちは、膝を伸ばして直立できる唯一の動物です。ルーシーの筋肉は、彼女が私たちと同じように二本足で歩くことに熟達していたことを示していますが、彼女もおそらく木の上で家にいると思われます。ルーシーはおそらく二本足で歩き、移動したと思われます」私たちには見えない方法です」とワイズマン氏は言いました。

」アウストラロピテクス・アファレンシス 約300万年から400万年前には、東アフリカの緑豊かな草原地帯や密林を歩き回っていた可能性があります。 ルーシーの筋肉の再建は、彼女が両方の生息地を効果的に活用できたことを示しています。」

ルーシーは若い女性で、身長は1メートル強、体重はおそらく28キロほどでした。 ルーシーの脳は私たちの脳の約3分の1の大きさだったでしょう。

人類の筋肉を再現するために、ワイズマンは何人かの生きた人間から始めました。 現代の女性と男性の筋骨格構造の MRI および CT スキャンを使用して、「筋肉経路」をプロットし、デジタル筋骨格モデルを構築することができました。

「ルーシー」として知られるアウストラロピテクス・アファレンシスの化石 AL 288-1 の下肢の筋肉を再構築するための、スキャン データと筋肉の瘢痕のイメージングに基づいた 3D ポリゴン モデル。 クレジット: アシュリー・ワイズマン博士

次にワイズマン氏は、ルーシーの骨格の既存の仮想モデルを使用して関節を「再形成」、つまり骨格を再び組み立てました。 この研究では、各関節が移動および回転できる軸を特定し、人生における関節の動きを再現しました。

最後に、最近の人間の筋肉マップの軌跡と、認識できる小さな「筋肉の傷跡」（化石化した骨で検出できる筋肉の接触の痕跡）に基づいて、筋肉の層が上に重ねられました。 「オープンアクセスの科学がなければ、この研究は不可能だったでしょう」とワイズマン氏は言う。

これらの復元は、科学者がこの人類の祖先がどのように機能したかを理解するのに役立ちます。 「筋肉の再構築は、たとえばティラノサウルスの走行速度の測定にすでに利用されています」とワイズマン氏は言う。 「同様の技術を人類の祖先に適用することで、私たちが失った能力も含め、私たちの進化の原動力となった身体運動のスペクトルを明らかにしたいと考えています。」

参考文献：「筋肉の三次元体積再構築」。 アウストラロピテクス・アファレンシス 「骨盤と四肢、四肢圧力推定値付き」アシュリー・ラ・ワイズマン著、2023 年 6 月 14 日 こちらからご覧いただけます。 王立オープンサイエンス協会。
DOI: 10.1098/rsos.230356