Международная группа ученых завершила первую виртуальную 3D-реконструкцию грудной клетки наиболее полного скелета неандертальца, обнаруженного на сегодняшний день, что потенциально может пролить новый свет на то, как этот древний человек двигался и дышал.
Команда, в которую входили исследователи из университетов Испании, Израиля и США, в том числе из Вашингтонского университета, сосредоточилась на грудной клетке - области тела, содержащей грудную клетку и верхнюю часть позвоночника, которая образует полости для сердца и легких. Используя компьютерную томографию окаменелостей скелета мужчины возрастом примерно 60 000 лет, известного как Кебара 2, исследователи смогли создать 3D-модель грудной клетки, которая отличается от давнего изображения бочкообразного, сгорбленного мужчины. над «пещерным человеком».«Выводы указывают на то, что человек мог быть прямоходящим, с большей емкостью легких и более прямым позвоночником, чем у современного человека.
Исследование опубликовано 30 октября в Nature Communications.
«Форма грудной клетки является ключом к пониманию того, как неандертальцы двигались в окружающей среде, потому что она информирует нас об их дыхании и равновесии», - сказал Асьер Гомес-Оливенсия, научный сотрудник Университета Страны Басков и ведущий автор исследования.
И то, как передвигались неандертальцы, могло иметь прямое влияние на их способность выживать за счет доступных им ресурсов, говорит Патрисия Крамер, профессор кафедры антропологии Университета Вашингтона и соответствующий автор статьи.
«Неандертальцы тесно связаны с нами со сложной культурной адаптацией, очень похожей на адаптацию современных людей, но их физическая форма существенно отличается от нас», - сказала она. «Понимание их адаптации позволяет нам лучше понять наш собственный эволюционный путь."
Неандертальцы - это тип человека, который появился около 400 000 лет назад и жил в основном на территории современной Западной Европы и Центральной Азии. Они были охотниками-собирателями, которые в некоторых районах жили в пещерах и пережили несколько ледниковых периодов, прежде чем вымерли около 40 000 лет назад. Исследования, проведенные в последние годы, показали, что неандертальцы и ранние Homo sapiens скрещивались, потому что во многих популяциях были обнаружены свидетельства ДНК неандертальцев.
За последние 150 лет останки неандертальца были обнаружены во многих местах в Европе, Азии и на Ближнем Востоке. Эта команда работала со скелетом с маркировкой Кебара 2, также известным как «Моше», который был найден в пещере Кебара в горном массиве Кармель на севере Израиля в 1983 году. Хотя череп отсутствует, останки молодого взрослого мужчины считаются одним из самый полный скелет неандертальца из когда-либо найденных. Две разные формы датирования окружающей почвы, термолюминесценция и электронный спиновой резонанс, определяют возраст где-то между 59 000 и 64 000 лет.
Открытия и исследования других останков неандертальцев в 19-м и начале 20-го веков породили теории и образы стереотипного сгорбленного пещерного человека. Со временем дальнейшие исследования прояснили научное понимание многих черт неандертальцев, но некоторые споры о строении грудной клетки, объеме легких и том, к каким условиям неандертальцы могли адаптироваться, продолжались.
За последнее десятилетие виртуальная реконструкция стала более распространенным явлением в биологической антропологии, пояснил Крамер. Этот подход полезен для таких окаменелостей, как грудная клетка, где хрупкие кости делают физическую реконструкцию сложной и рискованной.
Почти два года назад та же исследовательская группа создала виртуальную реконструкцию позвоночника Kebara 2, что стало первым шагом в обновлении теорий биомеханики неандертальцев. Статья группы, опубликованная в книге «Палеонтология человека и предыстория», подтвердила вероятность вертикального положения, но указала на более прямой позвоночник, чем у современных людей.
Для этой модели грудной клетки исследователи использовали как прямые наблюдения скелета Кебара-2, который в настоящее время находится в Тель-Авивском университете, так и медицинские компьютерные томограммы позвонков, ребер и костей таза, а также программное обеспечение для трехмерного моделирования, предназначенное для научных целей.. «Это была кропотливая работа, - сказал Алон Бараш, преподаватель Университета Бар-Илан в Израиле. «Нам пришлось сканировать каждый позвонок и все фрагменты ребер по отдельности, а затем собрать их в 3D».
Затем они использовали метод, называемый морфометрическим анализом, чтобы сравнить изображения костей неандертальца с медицинским сканированием костей современных взрослых мужчин. «В процессе реконструкции было необходимо виртуально «вырезать» и выровнять некоторые части, показавшие деформацию, и отобразить в зеркальном отображении некоторые из тех, которые не очень хорошо сохранились, чтобы получить полную грудную клетку», - сказал Гомес. Оливенсия.
Реконструкция грудной клетки в сочетании с более ранним открытием команды показывает ребра, которые соединяются с позвоночником во внутреннем направлении, вынуждая грудную полость наружу и позволяя позвоночнику слегка наклоняться назад, с небольшим изгибом поясницы. это часть скелета современного человека.«Различия между грудной клеткой неандертальца и современного человека поразительны», - сказал Маркус Бастир, старший научный сотрудник Лаборатории виртуальной антропологии Национального музея естественной истории в Испании.
«Позвоночник неандертальца расположен больше внутри грудной клетки, что обеспечивает большую стабильность», - сказал Гомес-Оливенсия. «Кроме того, грудная клетка шире в нижней части». Такая форма грудной клетки предполагает большую диафрагму и, следовательно, больший объем легких.
«Широкая нижняя часть грудной клетки неандертальцев и горизонтальная ориентация ребер предполагают, что неандертальцы больше полагались на свою диафрагму для дыхания», - сказала старший автор Элла Бин из Академического колледжа Оно. «Современные люди, с другой стороны, полагаются как на диафрагму, так и на расширение грудной клетки для дыхания. Здесь мы видим, как новые технологии в изучении ископаемых останков предоставляют новую информацию для понимания вымерших видов."
Что это значит для того, как жила Кебара 2, созрело для дальнейших исследований, сказал Крамер. Как дышали неандертальцы и для каких физических нужд им могли понадобиться мощные легкие? Что это говорит нам о том, как они двигались, и об окружающей среде, в которой они жили? Делала ли какая-либо из этих физических черт их более или менее приспособленными к изменению климата?
Реконструкция грудной клетки была попыткой начать с нуля, преднамеренно пытаясь избежать влияния прошлых теорий о том, как выглядели и жили неандертальцы, сказал Крамер.
"Продумывая все перестановки различных фрагментов, это было похоже на головоломку без всех частей. Что эти части говорят нам?" она сказала. «Люди говорили вам, что это должно быть определенным образом, но вы хотите убедиться, что вы не перестраиваете или не перестраиваете это так, как вы думаете. Вы пытаетесь сохранить нейтральный подход».
Другими авторами исследования были Даниэль Гарсия-Мартинес из Национального музея естественной истории и Микель Арлеги из Университета Страны Басков.