La reconstrucción muscular en 3D revela que ‘Lucy’ de 3,2 millones de años podría pararse como los humanos modernos

El modelado digital del tejido blando del legendario fósil sugiere que el Australopithecus afarensis tenía poderosos músculos en las piernas y la pelvis adecuados para vivir en los árboles, pero músculos en las rodillas que le permitían caminar completamente erguido.

Un investigador de la Universidad de Cambridge ha reconstruido digitalmente por primera vez el tejido blando faltante de un antepasado humano u homínido, lo que revela la capacidad de mantenerse erguido como lo hacemos hoy.

La Dra. Ashleigh Wiseman ha modelado los músculos de las piernas y la pelvis del homínido en 3D australopithecus afarensis utilizando escaneos de ‘Lucy’: el famoso espécimen fósil descubierto en Etiopía a mediados de la década de 1970.

australopithecus afarensis era un ser humano primitivo[{» 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.

Un modelo poligonal 3D, guiado por datos de escaneo de imágenes y cicatrices musculares, que reconstruye los músculos de las extremidades inferiores del fósil de Australopithecus afarensis AL 288-1, conocido como ‘Lucy’. En este modelo, los músculos han sido codificados por colores. Crédito: Dra. Ashleigh Wiseman

Los paleoantropólogos están de acuerdo en que Lucy era bípeda, pero no están de acuerdo sobre cómo caminaba. Algunos han argumentado que se contoneaba en cuclillas, similar a los chimpancés, nuestro ancestro común, cuando caminaba sobre dos piernas. Otros creen que su movimiento estaba más cerca de nuestro bipedalismo vertical.

La investigación en los últimos 20 años ha visto surgir un consenso para caminar completamente erguido, y el trabajo de Wiseman agrega más peso a esto. Los músculos extensores de la rodilla de Lucy, y el efecto de palanca que permitirían, confirman la capacidad de enderezar las articulaciones de la rodilla tanto como lo puede hacer una persona sana en la actualidad.

«La capacidad de Lucy para caminar erguida solo puede conocerse reconstruyendo el camino y el espacio que ocupa un músculo dentro del cuerpo», dijo Wiseman, del Instituto McDonald de Investigación Arqueológica de la Universidad de Cambridge.

Vistas completas (ventral, dorsal, lateral y medial) del enfoque de modelado de músculos poligonales en AL 288-1, donde se crearon 36 músculos por miembro inferior. Los músculos poligonales de AL 288-1 se muestran en comparación con los músculos 3D del ser humano que se segmentaron a partir de los datos de la resonancia magnética. Crédito: Dra. Ashleigh Wiseman

“Ahora somos el único animal que puede pararse con las rodillas rectas. Los músculos de Lucy sugieren que ella era tan experta en bipedismo como nosotros, aunque quizás también se sintiera cómoda entre los árboles. Lucy probablemente caminó y se movió de una manera que no vemos hoy en ninguna especie viva», dijo Wiseman.

“australopithecus afarensis habría vagado por áreas de pastizales boscosos abiertos y bosques más densos en el este de África hace unos 3-4 millones de años. Estas reconstrucciones de los músculos de Lucy sugieren que ella habría podido hacer un uso efectivo de ambos hábitats».

Lucy era una adulta joven, medía poco más de un metro de altura y probablemente pesaba alrededor de 60 libras. El cerebro de Lucy habría sido aproximadamente un tercio del tamaño del nuestro.

Para recrear los músculos de este homínido, Wiseman comenzó con unos pocos humanos vivos. Usando resonancias magnéticas y tomografías computarizadas de las estructuras musculares y óseas de una mujer y un hombre modernos, pudo mapear las «vías musculares» y construir un modelo musculoesquelético digital.

Un modelo poligonal 3D, guiado por datos de escaneo de imágenes y cicatrices musculares, que reconstruye los músculos de las extremidades inferiores del fósil de Australopithecus afarensis AL 288-1, conocido como ‘Lucy’. Crédito: Dra. Ashleigh Wiseman

Luego, Wiseman usó modelos virtuales existentes del esqueleto de Lucy para «rearticular» las articulaciones, es decir, para volver a armar el esqueleto. Este trabajo definió el eje desde el cual cada articulación podía moverse y rotar, replicando cómo se movían a lo largo de la vida.

Finalmente, los músculos se colocaron en capas en la parte superior, según los caminos de los mapas de músculos humanos modernos, al igual que se discernían pequeñas «cicatrices musculares» (las huellas de conexión muscular detectables en los huesos fosilizados). «Sin la ciencia de acceso abierto, esta investigación no habría sido posible», dijo Wiseman.

Estas reconstrucciones ahora pueden ayudar a los científicos a comprender cómo caminaba este antepasado humano. «Las reconstrucciones musculares ya se han utilizado para medir la velocidad de carrera de un T-Rex, por ejemplo», dijo Wiseman. «Al aplicar técnicas similares a las de los humanos ancestrales, queremos revelar el espectro de movimiento físico que ha impulsado nuestra evolución, incluidas aquellas capacidades que hemos perdido».

Referencia: “Reconstrucción muscular volumétrica tridimensional de australopithecus afarensis pelvis y extremidades, con estimaciones del apalancamiento de las extremidades” por Ashleigh LA Wiseman, 14 de junio de 2023, Sociedad Real de Ciencias Abiertas.
DOI: 10.1098/rsos.230356