3D 근육 재구성으로 320만년 된 ‘루시’가 현생인류처럼 똑바로 서 있을 수 있음이 밝혀졌습니다.

근육 흉터 데이터 및 자기 공명 영상 데이터에 의해 안내되는 다각형 근육 모델링 접근법의 단면. 크레딧: Ashley Weisman 박사

신화 화석의 연조직에 대한 디지털 모델링은 오스트랄로피테쿠스 아파렌시스가 나무에 거주하기에 적합한 강한 다리와 골반 근육을 가지고 있었지만 완전히 직립보행을 가능하게 하는 무릎 근육을 가지고 있음을 나타냅니다.

케임브리지 대학의 한 연구원이 최초의 인간 조상 중 하나인 호미닌의 잃어버린 연조직을 디지털 방식으로 재구성하여 오늘날 우리가 하는 것처럼 똑바로 설 수 있는 능력을 드러냈습니다.

Ashley Weisman 박사는 인간 다리의 다리와 골반 근육을 3D로 모델링했습니다. 오스트랄로피테쿠스 아파렌시스 “Lucy” 조사 사용: 1970년대 중반 에티오피아에서 발견된 유명한 화석 표본.

오스트랄로피테쿠스 아파렌시스 그는 초기 인간이었다[{” 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.

‘루시’로 알려진 오스트랄로피테쿠스 아파렌시스 화석 AL 288-1의 하지 근육을 재구성하기 위해 스캔 데이터와 근육 흉터의 이미징에 의해 안내되는 3D 다각형 모델. 이 모델에서 근육은 색상으로 구분되었습니다. 크레딧: Ashley Weisman 박사

고인류학자들은 루시가 두 발로 걸었다는 데 동의하지만, 그녀가 어떻게 걸었는지에 대해서는 동의하지 않습니다. 어떤 사람들은 침팬지가 두 발로 걸을 때 우리의 공통 조상인 침팬지와 유사하게 웅크린 갈비뼈에서 움직였다고 주장했습니다. 다른 사람들은 그 이동이 두 발로 걷는 것과 비슷하다고 생각합니다.

지난 20년 동안의 연구에 따르면 완전히 직립 보행에 대한 합의가 나타났으며 Wiseman의 작업은 여기에 더 많은 무게를 더합니다. Lucy의 무릎 신근 근육과 이것이 허용하는 레버리지는 오늘날 건강한 사람뿐만 아니라 무릎 관절을 곧게 펴는 능력을 확인합니다.

“루시의 직립 보행 능력은 궤적의 재구성과 신체 내 근육이 차지하는 공간을 통해서만 알 수 있습니다.”라고 캠브리지 대학의 MacDonald Archaeological Research Institute의 Wiseman은 말했습니다.

각 하지에 대해 36개의 근육이 생성된 AL 288-1의 다각형 근육 모델링 접근법의 완성된 보기(복부, 등쪽, 측면 및 내측). AL 288-1의 다각형 근육은 MRI 스캔 데이터에서 절단된 인간의 3D 근육과 비교하여 표시됩니다. 크레딧: Ashley Weisman 박사

“우리는 이제 무릎을 꿇고 똑바로 설 수 있는 유일한 동물입니다. Lucy의 근육은 그녀가 우리만큼 두 발로 걷는 데 능숙했음을 나타내며 그녀는 또한 나무에서 집에 있을 가능성이 높습니다.” Wiseman은 오늘날 어떤 유기체에서도 볼 수 없는 방식이라고 말했습니다.

“오스트랄로피테쿠스 아파렌시스 약 300만~400만년 전에 동아프리카의 울창한 숲뿐만 아니라 탁 트인 숲이 우거진 초원 지역을 돌아다녔을 수도 있습니다. Lucy의 근육 재건은 그녀가 두 서식지를 효과적으로 이용할 수 있었음을 나타냅니다.”

Lucy는 키가 1미터가 조금 넘고 몸무게가 약 28kg인 젊은 여성이었습니다. 루시의 뇌는 우리 뇌의 약 1/3 크기였을 것입니다.

호미닌의 근육을 재현하기 위해 Wiseman은 일부 살아있는 인간으로 시작했습니다. 현대 여성과 남성의 근골격 구조에 대한 MRI 및 CT 스캔을 사용하여 “근육 경로”를 표시하고 디지털 근골격 모델을 구축할 수 있었습니다.

‘루시’로 알려진 오스트랄로피테쿠스 아파렌시스 화석 AL 288-1의 하지 근육을 재구성하기 위해 스캔 데이터와 근육 흉터의 이미징에 의해 안내되는 3D 다각형 모델. 크레딧: Ashley Weisman 박사

그런 다음 Wiseman은 Lucy의 골격에 대한 기존 가상 모델을 사용하여 관절을 “재형성”했습니다. 즉, 골격을 다시 조립했습니다. 이 작업은 각 관절이 움직이고 회전할 수 있는 축을 식별하여 관절이 삶을 통해 움직이는 방식을 복제했습니다.

마지막으로, 최근 인간 근육 지도의 궤적과 식별 가능한 작은 ‘근육 흉터'(화석화된 뼈에서 감지할 수 있는 근육 접촉의 흔적)를 기반으로 근육 층을 위에 쌓았습니다. “오픈 액세스 과학이 없었다면 이 연구는 불가능했을 것입니다.”라고 Weissman은 말했습니다.

이러한 재구성은 이제 과학자들이 이 인간 조상이 어떻게 기능했는지 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다. “예를 들어 T-Rex의 달리기 속도를 측정하는 데 근육 재구성이 이미 사용되었습니다.”라고 Wiseman은 말했습니다. “유사한 기술을 인간 조상에게 적용함으로써 우리는 우리가 잃어버린 능력을 포함하여 우리의 진화를 주도한 신체적 움직임의 스펙트럼을 밝히고 싶습니다.”

참조: “근육의 3차원 체적 재구성.” 오스트랄로피테쿠스 아파렌시스 Pelvis and Limb, with Estimates of Limb Pressure” By Ashley La Wiseman, 2023년 6월 14일 여기에서 확인 가능. 열린 과학을 위한 왕립 학회.
DOI: 10.1098/rsos.230356