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« Downclimbing » – La force évolutive cachée derrière l’anatomie humaine

Human DNA Evolution History Concept

Les chercheurs de Dartmouth proposent que la capacité des humains à bouger librement leurs épaules et leurs coudes, facilitant des activités comme atteindre ou lancer, trouve son origine dans un système de freinage naturel pour les ancêtres des primates descendant des arbres. Grâce à une analyse des techniques d’escalade et des structures des membres chez les chimpanzés et les mangabeys, ils ont découvert que la flexibilité unique des membres chez les singes et les premiers humains leur permettait de descendre en toute sécurité, un trait qui a finalement facilité les progrès évolutifs dans l’utilisation des outils et les techniques de chasse.

Les recherches suggèrent que la « descente » des arbres a joué un rôle central dans les débuts de l’évolution humaine.

La mobilité des épaules humaines et la flexibilité de nos coudes, qui permettent des actions comme atteindre des étagères élevées ou lancer une balle, pourraient s’être développées à l’origine comme un mécanisme de sécurité pour nos ancêtres primates descendant des arbres.

Une étude menée par des chercheurs de Dartmouth, publiée dans la revue Science ouverte de la Royal Society, suggère que les singes et les premiers humains ont probablement développé ces articulations mobiles pour réguler leur vitesse lorsqu’ils descendent des arbres en raison de l’attraction de la gravité sur leurs cadres plus lourds. Alors que les premiers humains passaient des forêts aux savanes, ces membres adaptables se sont révélés cruciaux pour des tâches telles que la collecte de nourriture et l’utilisation d’outils de chasse et de protection.

Les chercheurs ont utilisé des logiciels d’analyse sportive et de statistiques pour comparer des vidéos et des images fixes de chimpanzés et de petits singes appelés mangabeys grimpant dans la nature. Ils ont découvert que les chimpanzés et les mangabeys escaladaient les arbres de la même manière, les épaules et les coudes étant pour la plupart pliés près du corps. Cependant, lorsqu’ils descendaient, les chimpanzés étendaient leurs bras au-dessus de leur tête pour s’accrocher aux branches, comme une personne descendant une échelle, tandis que leur poids plus important les tirait vers le bas, la croupe en premier.

Luke Fannin, premier auteur de l’étude et étudiant diplômé du programme Ecologie, Evolution, Environnement et Société de Dartmouth, a déclaré que les résultats sont parmi les premiers à identifier l’importance de la « descente » dans l’évolution des singes et des premiers humains, qui sont plus génétiquement liés les uns aux autres qu’aux singes. Les recherches existantes ont observé des chimpanzés grimper et naviguer dans les arbres – généralement dans des configurations expérimentales – mais la vidéo complète des chercheurs prise dans la nature leur a permis d’examiner comment le corps des animaux s’est adapté à la descente, a déclaré Fannin.

Mangabeys gros plan

Les chercheurs de Dartmouth rapportent que les singes et les premiers humains ont développé des épaules et des coudes plus flexibles que les singes (ci-dessus) pour sortir des arbres en toute sécurité. Pour les premiers humains, ces appendices polyvalents auraient été essentiels pour collecter de la nourriture et déployer des outils de chasse et de défense. Crédit : Luke Fannin, Dartmouth

« Notre étude aborde l’idée de la descente comme un facteur sous-estimé, mais incroyablement important, dans les différences anatomiques divergentes entre les singes et les grands singes qui finiraient par se manifester chez les humains », a déclaré Fannin. « La descente représentait un défi physique si important étant donné la taille des singes et des premiers humains que leur morphologie aurait réagi par sélection naturelle en raison du risque de chute. »

« Dans notre domaine, nous pensons depuis longtemps aux singes grimpant aux arbres. Ce qui était essentiellement absent de la littérature, c’était leur sortie d’un arbre. Nous avons ignoré la seconde moitié de ce comportement », a déclaré Jeremy DeSilva, co-auteur de l’étude, professeur et président d’anthropologie à Dartmouth.

« Les premiers singes ont évolué il y a 20 millions d’années dans des forêts dispersées où ils montaient sur un arbre pour chercher leur nourriture, puis redescendaient pour passer à l’arbre suivant », a déclaré DeSilva.

« Sortir d’un arbre présente toutes sortes de nouveaux défis. Les grands singes ne peuvent pas se permettre de tomber car cela pourrait les tuer ou les blesser gravement. La sélection naturelle aurait favorisé les anatomies qui leur permettaient de descendre en toute sécurité.

Des épaules et des coudes flexibles transmis par les singes ancestraux auraient permis aux premiers humains tels que Australopithèque grimper aux arbres la nuit pour des raisons de sécurité et en redescendre indemne à la lumière du jour, a déclaré DeSilva. Une fois l’homo erectus pouvait utiliser le feu pour se protéger des prédateurs nocturnes, la forme humaine a pris des épaules plus larges capables d’un angle de 90 degrés qui, combinées à des épaules et des coudes libres, ont fait de nos ancêtres d’excellents tirs avec une lance (les singes ne peuvent pas lancer avec précision).

« C’est la même anatomie des premiers singes, avec quelques ajustements. Vous avez maintenant quelque chose qui peut lancer une lance ou des pierres pour se protéger contre la consommation ou pour tuer des choses pour se manger. C’est ce que fait l’évolution : c’est un grand bricoleur », a déclaré DeSilva.

« Descendre d’un arbre a ouvert la voie anatomique à quelque chose qui a évolué des millions d’années plus tard », a-t-il déclaré. « Quand un quarterback de la NFL lance un ballon de football, ce mouvement est entièrement dû à nos ancêtres singes. »

Malgré le manque de grâce des chimpanzés, a déclaré Fannin, leurs bras se sont adaptés pour garantir que les animaux atteignent le sol en toute sécurité et leurs membres sont remarquablement similaires à ceux des humains modernes.

« C’est le modèle dont nous sommes issus : descendre était probablement aussi un défi bien plus difficile pour nos premiers ancêtres », a déclaré Fannin. «Même une fois que les humains seraient devenus debout, avec la capacité de monter, puis de descendre, un arbre aurait été incroyablement utile pour la sécurité et la nourriture, ce qui est le nom du jeu en matière de survie. Nous sommes modifiés, mais les caractéristiques de notre ascendance singe restent dans nos squelettes modernes.

Mangabeys dans un arbre

Les chercheurs ont utilisé un logiciel d’analyse sportive pour comparer les mouvements d’escalade des chimpanzés et des mangabeys (photo). Ils ont découvert que les chimpanzés supportent leur plus grand poids lorsqu’ils descendent en étendant complètement leurs bras au-dessus de leur tête grâce à des articulations d’épaule peu profondes et arrondies et à des os de coude raccourcis similaires à ceux des humains. Les Mangabeys, qui ressemblent davantage à des chats ou à des chiens, ont moins de flexibilité et positionnent leurs épaules et leurs coudes à peu près de la même manière lorsqu’ils montent ou descendent. Crédit : Luke Fannin, Dartmouth

Les chercheurs ont également étudié la structure anatomique des bras de chimpanzé et de mangabey en utilisant respectivement des collections de squelettes de l’Université Harvard et de l’Université d’État de l’Ohio. Comme les humains, les chimpanzés ont une épaule sphérique peu profonde qui, bien que plus facilement disloquée, permet une plus grande amplitude de mouvement, a déclaré Fannin. Et comme les humains, les chimpanzés peuvent étendre complètement leurs bras grâce à la longueur réduite de l’os juste derrière le coude, connu sous le nom de processus olécrânien.

Les mangabeys et autres singes sont construits davantage comme des animaux quadrupèdes tels que les chats et les chiens, avec des orbites d’épaule et des coudes profonds en forme de poire avec un processus olécrânien saillant qui fait ressembler l’articulation à la lettre L. Bien que ces articulations soient plus stables, elles ont beaucoup flexibilité et amplitude de mouvement plus limitées.

L’analyse des chercheurs a montré que l’angle des épaules d’un chimpanzé était 14 degrés plus grand pendant la descente que lors de la montée. Et leur bras s’étendait vers l’extérieur au niveau du coude de 34 degrés de plus en descendant d’un arbre qu’en montant. Les angles auxquels les mangabeys positionnaient leurs épaules et leurs coudes n’étaient que légèrement différents (4 degrés ou moins) lorsqu’ils montaient dans un arbre ou qu’ils le descendaient.

« Si les chats pouvaient parler, ils vous diraient que descendre est plus délicat que monter et de nombreux grimpeurs humains seraient d’accord. Mais la question est de savoir pourquoi est-ce si difficile », a déclaré Nathaniel Dominy, co-auteur de l’étude, professeur d’anthropologie Charles Hansen et conseiller de Fannin.

« La raison en est que non seulement vous résistez à l’attraction de la gravité, mais vous devez également décélérer », a déclaré Dominy. « Notre étude est importante pour résoudre un problème théorique avec des mesures formelles de la façon dont les primates sauvages montent et descendent. Nous avons trouvé des différences importantes entre les singes et les chimpanzés qui peuvent expliquer pourquoi les épaules et les coudes des singes ont développé une plus grande flexibilité.

La co-auteure Mary Joy, qui a dirigé l’étude avec Fannin pour sa thèse de premier cycle et a obtenu son diplôme de Dartmouth en 2021, examinait des vidéos de chimpanzés que DeSilva avait filmées lorsqu’elle a remarqué la différence entre la façon dont les animaux descendaient des arbres et la façon dont ils y montaient.

« C’était très irrégulier, je me suis effondré, tout volait. C’est vraiment une chute contrôlée », a déclaré Joy. « En fin de compte, nous avons conclu que la façon dont les chimpanzés descendent d’un arbre est probablement liée au poids. Un plus grand élan dépense potentiellement moins d’énergie et ils sont beaucoup plus susceptibles d’atteindre le sol en toute sécurité qu’en effectuant de petits mouvements restreints.

Mais en tant que coureuse de trail, Joy connaissait la sensation douloureuse de descendre une pente en courtes séquences au lieu de simplement dévaler le chemin sous l’effet de la gravité, ses jambes tendues vers l’avant pour la rattraper à la fin de chaque foulée.

« Lorsque je descends, plus je vais lentement et je restreint mes mouvements, plus je me fatigue. Cela me rattrape très vite. Personne ne penserait que la vitesse et l’abandon avec lesquels les chimpanzés descendent des arbres seraient la méthode préférée pour un primate plus lourd, mais mon expérience me dit que c’est plus économe en énergie », a-t-elle déclaré.

« Le mouvement chez les humains est un chef-d’œuvre de compromis évolutifs », a déclaré Joy. « Cette amplitude de mouvement accrue qui a commencé chez les singes a fini par être plutôt bénéfique pour nous. Quel serait l’avantage de perdre cela ? Si l’évolution était sélectionnée pour les personnes ayant une amplitude de mouvement réduite, quels avantages cela apporterait-il ? Je ne vois aucun avantage à perdre cela.

Ce travail a été soutenu par la National Science Foundation, le Clare Garber Goodman Fund et le James O. Freedman Presidential Scholars Research Fund à Dartmouth, une subvention Mamont Scholars de l’Explorers Club, de la Leakey Foundation et de la Primate Society of Great Britain.

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