Une nouvelle technologie permet aux scientifiques d’avoir un premier aperçu des détails complexes de la vie de Little Foot –

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  • En juin 2019, une équipe internationale a apporté le crâne complet du squelette de Little Foot Australopithecus âgé de 3,67 millions d’années, de l’Afrique du Sud au Royaume-Uni et a obtenu une résolution d’imagerie sans précédent de ses structures osseuses et de sa dentition dans un synchrotron à rayons X. enquête au synchrotron national du Royaume-Uni, Diamond Light Source. Le travail de radiographie est mis en évidence dans un nouvel article en e-Vie, publié aujourd’hui (2 mars 2021) se concentrant sur les caractéristiques craniodentales internes de Little Foot. L’exhaustivité remarquable et le grand âge du squelette de Little Foot en font un spécimen d’une importance cruciale dans la recherche sur les origines humaines et un candidat de choix pour explorer l’évolution humaine grâce à une analyse virtuelle à haute résolution.

    Pour récupérer les plus petits détails possibles à partir d’un fossile assez grand et très fragile, l’équipe a décidé d’imager le crâne à l’aide de la micro-tomographie par rayons X synchrotron sur la ligne de lumière I12 à Diamond, révélant de nouvelles informations sur l’évolution et les origines humaines. Cet article présente les résultats préliminaires de l’investigation par synchrotron à rayons X de la dentition et des os du crâne (c.-à-d. Voûte crânienne et mandibule).

    L’auteur principal et chercheur principal, le Dr Amelie Beaudet, Département d’archéologie, Université de Cambridge et recherche honorifique à l’Université du Witwatersrand (Université Wits) explique: “Nous avons eu l’occasion unique d’examiner les moindres détails de l’anatomie craniodentale du Petit crâne de pied. En le scannant, nous ne savions pas dans quelle mesure les plus petites structures seraient préservées chez cet individu, qui vivait il y a plus de 3,5 millions d’années. Ainsi, lorsque nous avons finalement pu examiner les images, nous étions tous très excités et ému de voir des détails aussi intimes de la vie de Little Foot pour la première fois. Les microstructures observées dans l’émail indiquent que Little Foot a souffert de deux périodes claires de stress alimentaire ou de maladie lorsqu’elle était enfant. “

    L’équipe a également pu observer et décrire les canaux vasculaires enfermés dans l’os compact de la mandibule. Ces structures ont le potentiel de révéler beaucoup de choses sur la biomécanique de l’alimentation chez cet individu et ses espèces, mais aussi plus largement sur la façon dont l’os a été remodelé dans Little Foot Le motif de ramification de ces canaux indique qu’un remodelage a eu lieu, peut-être en réponse à des changements dans l’alimentation, et que Little Foot est mort en tant qu’individu plus âgé.

    L’équipe a également observé de minuscules canaux (c.-à-d. Moins de 1 mm) dans le cerveau qui sont probablement impliqués dans la thermorégulation cérébrale (c’est-à-dire comment refroidir le cerveau). La taille du cerveau a considérablement augmenté tout au long de l’évolution humaine (environ trois fois) et, comme le cerveau est très sensible aux changements de température, il est primordial de comprendre comment la régulation de la température évolue. Le Dr Amelie Beaudet ajoute: “Traditionnellement, aucune de ces observations n’aurait été possible sans couper le fossile en tranches très minces, mais avec l’application de la technologie synchrotron, un nouveau domaine passionnant de l’histologie virtuelle est en cours de développement pour explorer les fossiles de notre lointain. les ancêtres.”

    Le Dr Thomas Connolley, scientifique principal des lignes de faisceau chez Diamond, a déclaré: «Des aspects importants de la biologie précoce des hominidés restent débattus, ou tout simplement inconnus. Dans ce contexte, les techniques d’imagerie par rayons X synchrotron comme la microtomographie ont le potentiel de révéler de manière non destructive des détails cruciaux sur le développement. , physiologie, biomécanique et taxonomie des spécimens fossiles. Le crâne de Little Foot a également été scanné à l’aide de l’instrument à neutrons IMAT adjacent à ISIS Neutron and Muon Source, combinant des techniques d’imagerie aux rayons X et aux neutrons lors d’une visite au Royaume-Uni. informations collectées, nous sommes impatients de faire plus de découvertes dans les scans complémentaires de tomographie par rayons X et neutrons. “

    Les applications des techniques analytiques basées sur les synchrotrons à rayons X dans les études évolutionnistes ont ouvert de nouvelles voies dans le domaine de la (paléo) anthropologie. En particulier, la microtomographie synchrotron aux rayons X s’est avérée extrêmement utile pour observer les plus petites structures anatomiques des fossiles qui ne sont traditionnellement visibles qu’en coupant les os et en les regardant au microscope. Au cours de la dernière décennie, il y a eu plus d’études en paléoanthropologie utilisant le rayonnement synchrotron pour étudier les empreintes des dents et du cerveau chez les hominines fossiles. Cependant, scanner un crâne complet tel que celui de Little Foot et viser à révéler de très petits détails en utilisant une très haute résolution était assez difficile, mais l’équipe a réussi à développer un nouveau protocole qui a rendu cela possible. Pour récupérer les plus petits détails possibles à partir d’un fossile assez gros et très fragile, l’équipe a décidé d’imager le crâne en utilisant une micro-tomographie par rayons X synchrotron sur la ligne de lumière I12 à Diamond.

    Chercheur principal et professeur agrégé, Prof Dominic Stratford, Université de Witwatersrand (Université Wits), École de géographie, d’archéologie et d’études environnementales déclare: “Ce niveau de résolution nous fournit des preuves remarquablement claires de la vie de cet individu. Nous pensons qu’il y aura aussi un aspect évolutif extrêmement significatif, car étudier ce fossile avec autant de détails nous aidera à comprendre de quelle espèce elle a évolué et en quoi elle diffère des autres trouvées à un moment similaire en Afrique. Ceci n’est que notre premier article, alors regardez cet espace. Si le financement le permet, nous espérons être en mesure d’apporter d’autres parties de Little Foot à Diamond “, ajoutant:

    “Cette recherche visait à amener le crâne d’australopithèque le mieux conservé au meilleur des meilleurs installations de synchrotron pour nos besoins. Traditionnellement, les hominidés ont été analysés en mesurant et en décrivant par les formes extérieures de leurs os fossilisés pour évaluer les différences entre les espèces. Le développement du synchrotron et les ressources microCT nous permettent maintenant d’observer virtuellement les structures à l’intérieur des fossiles, qui contiennent une mine d’informations. Plus récemment, la technologie s’est développée à un tel point que nous pouvons maintenant explorer virtuellement des structures histologiques minuscules en trois dimensions, en ouvrant de nouvelles pistes pour nos recherches. “

    Les premiers os du fossile Little Foot ont été découverts dans les grottes de Sterkfontein, au nord-ouest de Johannesburg, par le professeur Ron Clarke de l’Université du Witwatersrand en 1994. En 1997, suite à leur découverte de l’emplacement du squelette, le professeur Clarke et son équipe a passé plus de 20 ans à retirer minutieusement le squelette par étapes de la brèche de la grotte en forme de béton à l’aide d’un petit airscribe (une aiguille vibrante). Après le nettoyage et la reconstruction, le squelette a été dévoilé publiquement en 2018. Wits University est le gardien du StW 573, Little Foot, fossile.

    Le professeur Ron Clarke, le scientifique britannique basé en Afrique du Sud qui a découvert et fouillé Little Foot et mené tous les premiers examens du fossile, faisait également partie de l’équipe de recherche et conclut: «Il nous a fallu 23 ans pour en arriver là. Il s’agit d’un nouveau chapitre passionnant de l’histoire de Little Foot, et ce n’est que le premier article issu de son premier voyage hors d’Afrique. Nous découvrons constamment de nouvelles informations à partir de la richesse des nouvelles données obtenues. Nous espérons que cet effort conduira à plus de financement pour poursuivre notre travail. Notre équipe et PAST * soulignent que toute l’humanité a une ascendance partagée depuis longtemps en harmonie avec le monde naturel, et que l’apprentissage de ces premiers ancêtres nous donne une perspective sur la nécessité de conserver la nature et notre planète . “

    Cet article est le premier d’une série d’articles qui devraient être issus de la richesse des données que les chercheurs principaux de l’Université de Witwatersrand en Afrique du Sud, l’Université de Cambridge au Royaume-Uni, les co-chercheurs du Natural History Museum et Diamond ont été en mesure de bénéficier de leur collaboration. Little Foot a également subi une imagerie neutronique à la source ISIS de neutrons et de muons de STFC en même temps que les travaux entrepris à Diamond Light Source, offrant un accès sans précédent à des techniques d’imagerie avancées complémentaires. Les neutrons sont absorbés très différemment des rayons X par les parties intérieures du fossile grâce à la sensibilité des neutrons à certains éléments chimiques. Malgré une résolution spatiale plus grossière, la tomographie neutronique peut parfois différencier différents constituants minéralogiques pour lesquels le contraste est très faible pour les rayons X.

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