多边形肌肉的横截面建模方法，由肌肉疤痕和MRI数据指导。来源:Ashleigh Wiseman博士
对传说中的化石软组织的数字建模表明，阿法种南方古猿有强壮的腿部和骨盆肌肉，适合在树上生活，但膝盖肌肉可以完全直立行走。
剑桥大学的一名研究人员首次用数字技术重建了早期人类祖先(或古人类)缺失的软组织，揭示了他们像我们今天一样直立站立的能力。
阿什利·怀斯曼博士利用对“露西”的扫描，对古人类阿法南猿的腿部和骨盆肌肉进行了3d建模。“露西”是20世纪70年代中期在埃塞俄比亚发现的著名化石标本。
阿法南猿是300多万年前生活在东非的一个早期人类物种。它比我们矮，有着像猿一样的脸和更小的大脑，但能用两条腿走路，适应了树木和大草原的生活——帮助这个物种生存了近一百万年。
露西以披头士乐队的经典歌曲《戴着钻石在天空中的露西》命名，是迄今为止出土的最完整的南方古猿之一，她的骨骼有40%已被发现。
用于建立露西肌肉模型的肌肉附着区域的数字化，旁边是已完成的3D肌肉模型。来源:Ashleigh Wiseman博士
怀斯曼利用最近公布的露西化石的开源数据，创建了一个320万年前的古人类下半身肌肉结构的数字模型。这项研究发表在《皇家学会开放科学》杂志上。
研究人员在露西的每条腿上重建了36块肌肉，其中大部分肌肉比现代人要大得多，占据了更大的腿部空间。
例如，露西小腿和大腿的主要肌肉是现代人类的两倍多，因为我们的脂肪与肌肉比要高得多。露西大腿的肌肉占总重量的74%，而人类只有50%。
一个三维多边形模型，在成像扫描数据和肌肉疤痕的指导下，重建了阿法南猿化石AL 288-1的下肢肌肉，被称为“露西”。在这个模型中，肌肉被用颜色编码。来源:Ashleigh Wiseman博士
古人类学家同意露西是两足动物，但对她的行走方式存在分歧。一些人认为她以一种蜷缩的摇摇摆摆的方式移动，类似于黑猩猩——我们共同的祖先——用两条腿走路。其他人则认为她的运动更接近于我们直立的两足行走。
在过去20年的研究中，人们开始对完全直立行走达成共识，怀斯曼的研究进一步证实了这一点。露西的膝关节伸肌，以及它们所带来的杠杆作用，证实了她能够像今天的健康人一样伸直膝关节。
来自剑桥大学麦克唐纳考古研究所的怀斯曼说:“露西直立行走的能力只能通过重建肌肉在体内占据的路径和空间来了解。”
AL 288-1中多边形肌肉建模方法的完整视图(腹侧、背侧、外侧和内侧)，其中每个下肢创建36块肌肉。AL 288-1的多边形肌肉与从MRI扫描数据中分割的人类三维肌肉进行了比较。来源:Ashleigh Wiseman博士
“我们现在是唯一一种膝盖伸直可以直立的动物。露西的肌肉表明，她和我们一样精通两足行走，但也可能在树上生活。露西的行走和移动方式可能是我们今天在任何现存物种身上都看不到的，”怀斯曼说。
“大约300万到400万年前，南方古猿阿法种可能在东非开阔的树木繁茂的草原和更茂密的森林中漫步。这些对露西肌肉的重建表明，她能够有效地利用这两个栖息地。”
露西是一个年轻的成年人，身高一米多一点，体重大概在28公斤左右。露西的大脑大概只有我们的三分之一大。
为了重建古人类的肌肉，怀斯曼从一些活着的人类开始。通过对现代女性和男性的肌肉和骨骼结构进行核磁共振和CT扫描，她能够绘制出“肌肉路径”，并建立一个数字肌肉骨骼模型。
一个三维多边形模型，在成像扫描数据和肌肉疤痕的指导下，重建了阿法南猿化石AL 288-1的下肢肌肉，被称为“露西”。来源:Ashleigh Wiseman博士
然后，怀斯曼使用露西骨骼的现有虚拟模型来“重新连接”关节，也就是说，将骨骼重新组合在一起。这项工作定义了每个关节能够移动和旋转的轴，复制了它们在生活中的运动方式。
最后，根据现代人类肌肉地图的路径，以及可识别的小“肌肉疤痕”(在化石骨骼上可检测到的肌肉连接痕迹)，将肌肉分层在顶部。怀斯曼说:“如果没有开放获取科学，这项研究是不可能的。”
这些重建现在可以帮助科学家了解这个人类祖先是如何行走的。“例如，肌肉重建已经被用来测量霸王龙的奔跑速度，”怀斯曼说。“通过将类似的技术应用于人类祖先，我们希望揭示推动我们进化的身体运动的频谱，包括我们已经失去的那些能力。”
参考文献:“阿法种南方古猿骨盆和肢体的三维体积肌肉重建，以及肢体杠杆的估计”，Ashleigh L. A. Wiseman, 2023年6月14日，英国皇家学会开放科学。DOI: 10.1098 / rsos.230356
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