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Crânio de 20 milhões de anos sussurra segredos evolutivos

Crânio de 20 milhões de anos sussurra segredos evolutivos

Um crânio visualmente envolvente de 20 milhões de anos está fornecendo novos dados sobre a evolução dos cérebros de primatas. Imagine olhar para o passado através de um buraco de minhoca e ver suas origens antigas de perto, bem, se você fez isso, você pode estar olhando para este incrível crânio de 20 milhões de anos.

Em sua viagem épica de 1832, Charles Darwin explorou a foz do cânion onde Chilecebus carrascoensis seria descoberto 160 anos depois, no alto da Cordilheira dos Andes no Chile, na América do Sul. As neves do inverno proibiram Darwin de entrar na cordilheira, mas este fóssil raro foi encontrado apenas alguns quilômetros a leste de onde Darwin estava.

  • Cientistas de Atapuerca Revolutionizing Human Evolution
  • Partindo de uma Visão de Mundo Darwiniana
  • Cientistas descobrem salto evolutivo há 500 milhões de anos

A viagem do Charles Darwin. (Sémhur / CC BY-SA 4.0 )

Examinando o antigo crânio em busca de "dados cerebrais"

Os primatas antropóides, como este exemplo, sempre foram considerados como tendo tamanhos de cérebro semelhantes aos dos macacos modernos e que aumentaram lentamente ao longo do tempo, mas de acordo com um novo artigo publicado na revista Science Advances, sobre um dos mais antigos fósseis de crânios de primatas Na espécie conhecida como Chilecebus carrascoensis, “este processo de alargamento aconteceu repetidamente e de forma independente com diminuições ocasionais de tamanho”.

O macaco-aranha marrom é descendente do Chilecebus carrascoensis. (Fir0002 / CC BY-SA 3.0 )

O co-autor André Wyss, da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara, disse "Este fóssil primoroso, encontrado a poucos quilômetros a leste de onde Darwin estava, o teria emocionado", mas mais ainda os novos resultados, para 'todas' as pesquisas anteriores sobre isso espécies antigas forneceram apenas dados generalizados do tamanho do cérebro do animal em relação ao tamanho do corpo, uma medida conhecida como 'quociente de encefalização' (EQ), mas o autor principal Xijun Ni, pesquisador associado do Museu Americano de História Natural, disse no papel que os humanos têm “cérebros excepcionalmente aumentados, mas sabemos muito pouco sobre até onde essa característica-chave começou a se desenvolver”.

Modelagem 3D de um crânio de 20 milhões de anos

John Flynn é Frick Curator of Fossil Mammals na Division of Paleontology no American Museum of Natural History e, como autor de mais de 100 publicações científicas, sua pesquisa se concentra na “evolução de mamíferos e vertebrados mesozóicos, datação geológica, placas tectônicas e biogeografia ”. Flynn disse aos repórteres “Chilecebus é um daqueles fósseis raros e verdadeiramente espetaculares, revelando novos insights e conclusões surpreendentes toda vez que novos métodos analíticos são aplicados para estudá-lo”.

EQ alto significa cérebros maiores, que são encontrados mais frequentemente em primatas do que em outros mamíferos, mas os humanos têm EQs ainda maiores do que a maioria dos outros. De acordo com um relatório do Science Daily o quociente de encefalização filogenética (PEQ), "corrigido para os efeitos de relações evolutivas próximas, para Chilecebus é relativamente pequeno, em 0,79", enquanto a maioria dos macacos tem PEQs variando de "0,86 a 3,39, com humanos chegando em 13,46 ”.

O que tudo isso significa é que a equipe de pesquisadores descobriu que o aumento do cérebro ocorreu "repetidamente e de forma independente na evolução antropóide, com diminuições ocasionais de tamanho" e, pela primeira vez, os pesquisadores aplicaram tomografia computadorizada (TC) de alta resolução e eles criou reconstruções digitais em 3D para analisar a “cavidade craniana fossilizada de Chilecebus”.

Novos pontos de vista sobre a história antropóide

Esses novos resultados revelam uma estrutura cerebral intrincada com o que os cientistas chamam de "proporções inesperadas", o que sugere que a estrutura interna dos cérebros dos primatas provavelmente cresceu proporcionalmente com a evolução do tamanho do cérebro. Os cientistas também mediram as órbitas do crânio e a entrada dos canais ópticos nos quais os nervos ópticos estariam localizados, e o bulbo olfatório que controla as funções olfativas e enquanto o bulbo olfatório era proporcionalmente pequeno, "sugerindo mau olfato", os pesquisadores descobriram que a diminuição do cheiro “não foi compensada por um sistema visual aprimorado, como visto em primatas hoje”.

Os cientistas estão estudando as órbitas oculares do crânio e a entrada dos canais ópticos. (Notícias de ciência / Youtube)

De acordo com os autores, em conclusão, esses novos resultados provam que os sistemas visuais e olfativos foram “desacoplados durante a evolução do cérebro antropóide que foi muito mais quadriculada” do que se pensava anteriormente, e que o cérebro aumentou repetidamente e independentemente ao longo da história antropóide.


Crânio de macaco de 20 milhões de anos desenterrado em Uganda

Uma equipe de paleontólogos de Uganda e da França anunciou que encontrou um crânio de macaco de 20 milhões de anos no nordeste de Uganda, dizendo que ele poderia lançar luz sobre a história evolutiva da região & # x27s.

O crânio fossilizado pertencia a um major Ugandapitchecus, um primo remoto dos grandes macacos de hoje.

A equipe descobriu os restos em 18 de julho enquanto procurava fósseis nos restos de um vulcão extinto em Uganda e na remota região nordeste de Karamoja.

Estudos preliminares do fóssil mostraram que o herbívoro escalador de árvores, com cerca de 10 anos de idade quando morreu, tinha uma cabeça do tamanho de um chimpanzé, mas um cérebro do tamanho de um babuíno, de acordo com Martin Pickford, um paleontólogo do College de France em Paris .

“Esta é a primeira vez que o crânio completo de um macaco desta idade foi encontrado. é um fóssil muito importante e certamente colocará Uganda no mapa em termos do mundo científico ”, disse Pickford a jornalistas em Kampala.

Brigitte Senut, professora do Musee National Histoire Naturelle, disse que os restos mortais seriam levados a Paris para serem radiografados e documentados antes de serem devolvidos a Uganda.

& quotSerá limpo na França, será preparado na França. e então em cerca de um ano & # x27s tempo ele será devolvido ao país, & quot, Ms Senut disse.

Paleontologistas da França têm visitado Uganda em expedições financiadas pelo governo francês nos últimos 25 anos, de acordo com Senut.

A região menos desenvolvida de Uganda, as planícies áridas de Karamoja foram amplamente pacificadas nos últimos anos, após décadas de insegurança ligadas a ataques armados de gado entre comunidades nômades.


Crânio de 20 milhões de anos sussurra segredos evolucionários - História

Um crânio fóssil excepcional de Chilecebus carrascoenis, um primata de 20 milhões de anos das montanhas dos Andes no Chile. / AFP Photo

Os restos mortais de um primata pré-histórico que viveu no alto dos Andes há 20 milhões de anos e era tão pequeno que caberia na sua mão estão ajudando os cientistas a aprender mais sobre como o cérebro humano evoluiu.

Em um estudo publicado na quarta-feira na revista Science Advances, pesquisadores na China e nos EUA usaram imagens de alta resolução para examinar o único crânio fossilizado conhecido do extinto Chilecebus, um macaco do Novo Mundo que correu em torno de antigas florestas montanhosas, se alimentando de folhas e frutas.

Uma descoberta importante: o tamanho do cérebro dos primatas, há muito presumido como tendo aumentado progressivamente com o tempo, agora parece ter seguido um caminho mais tortuoso.

Os primatas são amplamente divididos em dois grupos: o Velho Mundo, do qual nossa própria espécie descendia, e as espécies do Novo Mundo das Américas e da Oceania.

"Vemos vários episódios de expansão do cérebro em cada um desses grupos principais, e vários episódios de redução real do tamanho relativo do cérebro em certos grupos", disse à AFP o co-autor John Flynn, do Museu Americano de História Natural.

A pesquisa, liderada por Ni Xijun, da Academia Chinesa de Ciências, usou raios-X e tomografias computadorizadas do interior do crânio do Chilebus para determinar sua estrutura interna.

O crânio fossilizado foi datado com precisão porque foi descoberto entre rochas vulcânicas e, ao colocar a espécie em sua árvore genealógica maior, a equipe foi capaz de inferir que o aumento cerebral ocorreu repetidamente e independentemente na evolução antropóide.

Embora o Chilecebus tivesse aproximadamente o tamanho de um sagui ou mico-leão moderno, em contraste com aqueles macacos seu cérebro tinha várias ranhuras conhecidas como infolding, que sugere um grau maior de complexidade cognitiva: em outras palavras, o tamanho do cérebro nem sempre está ligado ao avanço.

Além do mais, nos primatas modernos, o tamanho dos centros visual e olfativo do cérebro são inversamente relacionados, o que significa que as espécies com um sentido de visão forte geralmente têm um sentido de olfato mais fraco e vice-versa.

Mas os pesquisadores descobriram que um pequeno bulbo olfatório em Chilecebus não resultou em uma capacidade olfativa mais forte, o que significa que as duas habilidades não estão acopladas como se pensava anteriormente.

Flynn disse que a pesquisa é um testemunho dos segredos que podem ser desvendados a partir de fósseis antigos bem preservados.

"Podemos ir para as montanhas e fazer essa descoberta notável a 10.000 pés de altura nos Andes e ser capazes de fazer descobertas sobre a evolução de nossa história, ser capazes de testar hipóteses anteriores ... (e) ser capazes de compreender a evolução do cérebro complexidade em primatas.

"Essa é uma possibilidade realmente incrível a partir da descoberta de um fóssil muito bem preservado."


Evolução do crânio

Uma hipótese antiga é que as cobras evoluíram de um ancestral lagarto cego e escavador. Um grupo de pequenas cobras escavadoras de boca pequena, semelhantes a vermes, conhecidas como escolecofídios, há muito tempo são consideradas as cobras vivas mais primitivas.

O novo Najash o material fóssil mostra que os crânios dessa linhagem de cobras antigas não se pareciam em nada com os das cobras escolecofídicas. Em vez de, Najash e sua espécie tinha bocas grandes com dentes afiados e algumas das articulações do crânio móveis que são típicas da maioria das cobras modernas. No entanto, eles ainda retinham algumas características ósseas do crânio de lagartos mais típicos.

Em termos evolutivos, Najash nos diz que as cobras estavam evoluindo em direção à mobilidade do crânio necessária para ingerir presas bastante grandes, uma característica marcante de muitas cobras modernas.


As varreduras do crânio revelam segredos evolutivos de cérebros fósseis

Os cientistas há muito tempo medem e analisam os crânios fósseis de nossos ancestrais para estimar o volume e o crescimento do cérebro. A questão de como esses cérebros antigos se comparam aos cérebros humanos modernos e aos cérebros de nosso primo primata mais próximo, o chimpanzé, continua a ser um grande alvo de investigação.

Um novo estudo publicado na Science Advances usou a tecnologia de tomografia computadorizada para visualizar impressões cerebrais de 3 milhões de anos dentro de crânios fósseis da espécie Australopithecus afarensis (famosa por "Lucy" e "Selam" da região de Afar na Etiópia) para lançar uma nova luz sobre a evolução da organização e do crescimento do cérebro.

A pesquisa revela que, embora a espécie de Lucy tivesse uma estrutura cerebral semelhante à de um macaco, o cérebro demorava mais para atingir o tamanho adulto, sugerindo que os bebês podem ter tido uma dependência mais longa de cuidadores, uma característica semelhante à humana.

A tomografia computadorizada permitiu aos pesquisadores chegar a duas questões de longa data que não podiam ser respondidas apenas pela observação e medição visual: Há evidências de reorganização do cérebro semelhante ao humano no Australopithecus afarensis, e qual é o padrão de crescimento do cérebro nesta espécie mais parecido com o dos chimpanzés ou dos humanos?

Impressões cerebrais em crânios fósseis da espécie Australopithecus afarensis (famosa por “Lucy” e a “criança Dikika” da Etiópia, na foto) lançam uma nova luz sobre a evolução do crescimento e organização do cérebro. A marca endocraniana excepcionalmente preservada da criança Dikika revela uma organização cerebral semelhante a um macaco, e nenhuma característica derivada de humanos. Crédito: Philipp Gunz, MPI EVA Leipzig.

Para estudar o crescimento e a organização do cérebro em A. afarensis, os pesquisadores, incluindo o paleoantropólogo William Kimbel da Universidade do Estado do Arizona, escanearam oito crânios fósseis dos sítios etíopes de Dikika e Hadar usando tomografia computadorizada convencional e síncrotron de alta resolução. Kimbel, líder do trabalho de campo em Hadar, é diretor do Instituto de Origens Humanas e Virginia M. Ullman Professora de História Natural e Meio Ambiente na Escola de Evolução Humana e Mudança Social.

A espécie de Lucy habitou a África oriental há mais de três milhões de anos - a própria "Lucy" tem 3,2 milhões de anos - e ocupa uma posição chave na árvore genealógica dos hominídeos, pois é amplamente aceito como ancestral de todos os hominídeos posteriores, incluindo a linhagem que leva aos humanos modernos.

"Lucy e seus parentes fornecem evidências importantes sobre o comportamento dos primeiros hominídeos - eles andavam eretos, tinham cérebros cerca de 20% maiores do que os dos chimpanzés e podem ter usado ferramentas de pedra afiadas", disse o co-autor Zeresenay Alemseged, da Universidade de Chicago, que dirige o projeto de campo Dikika na Etiópia e é pesquisador internacional afiliado do Instituto de Origens Humanas.

Os cérebros não fossilizam, mas à medida que o cérebro cresce e se expande antes e depois do nascimento, os tecidos ao redor de sua camada externa deixam uma marca no interior da caixa craniana óssea. Os cérebros dos humanos modernos não são apenas muito maiores do que os de nossos parentes macacos vivos mais próximos, mas também são organizados de maneira diferente e levam mais tempo para crescer e amadurecer.

Comparados com os chimpanzés, os bebês humanos modernos aprendem mais e são inteiramente dependentes dos cuidados dos pais por longos períodos de tempo. Juntas, essas características são importantes para a cognição humana e o comportamento social, mas suas origens evolutivas permanecem obscuras.

As tomografias computadorizadas resultaram em “endocasts” digitais de alta resolução do interior dos crânios, onde a estrutura anatômica do cérebro pode ser visualizada e analisada. Com base nesses endocasts, os pesquisadores puderam medir o volume do cérebro e inferir aspectos-chave da organização cerebral a partir de impressões da estrutura do cérebro.

Uma diferença fundamental entre macacos e humanos envolve a organização do lobo parietal do cérebro - importante na integração e processamento das informações sensoriais - e o lobo occipital no centro visual na parte posterior do cérebro.

O endocast excepcionalmente preservado de "Selam", um crânio e esqueleto associado de um bebê Australopithecus afarensis encontrado em Dikika em 2000, tem uma impressão inequívoca do sulco semilunar - uma fissura no lobo occipital marcando o limite da área visual que é mais proeminente e localizado mais à frente em macacos do que em humanos - em uma posição de macaco.

A varredura da impressão endocraniana de um fóssil adulto de A. afarensis de Hadar (hominídeo antigo AL 162-28) revela uma impressão previamente não detectada do sulco semilunar, que também está em uma posição semelhante à de um macaco.

Os cérebros não fossilizam, mas à medida que o cérebro cresce, os tecidos ao redor de sua camada externa deixam uma marca na caixa craniana óssea. A marca endocraniana da criança Dikika revela uma organização cerebral semelhante a um macaco, e nenhuma característica derivada de humanos. Crédito: Philipp Gunz, MPI EVA Leipzig.

Alguns cientistas conjeturaram que a reorganização do cérebro semelhante ao humano em australopitecos estava ligada a comportamentos que eram mais complexos do que os de seus parentes grandes símios (por exemplo, fabricação de ferramentas de pedra, mentalização e comunicação vocal). Infelizmente, o sulco semilunar normalmente não se reproduz bem nos endocasts, então havia uma controvérsia não resolvida sobre sua posição no Australopithecus.

“Um destaque de nosso trabalho é como a tecnologia de ponta pode esclarecer debates de longa data sobre esses fósseis de três milhões de anos”, disse o co-autor Kimbel. “Nossa capacidade de 'perscrutar' os detalhes ocultos da estrutura óssea e dentária com tomografias computadorizadas revolucionou verdadeiramente a ciência de nossas origens.”

Uma comparação dos volumes endocranianos de bebês e adultos também indica um crescimento prolongado do cérebro, semelhante ao humano, no Australopithecus afarensis, provavelmente crítico para a evolução de um longo período de aprendizagem infantil em hominíneos.

Em bebês, as tomografias computadorizadas da dentição tornam possível determinar a idade de um indivíduo ao morrer contando as linhas de crescimento dentário. Semelhante aos anéis de crescimento de uma árvore, as seções virtuais de um dente revelam linhas de crescimento incrementais que refletem o ritmo interno do corpo. Estudando os dentes fossilizados do bebê Dikika, os especialistas em odontologia da equipe calcularam uma idade de morte de 2,4 anos.

O ritmo de desenvolvimento dentário do bebê Dikika era amplamente comparável ao dos chimpanzés e, portanto, mais rápido do que nos humanos modernos. Mas, dado que os cérebros dos adultos do Australopithecus afarensis eram cerca de 20% maiores do que os dos chimpanzés, o pequeno volume endocraniano da criança Dikika sugere um período prolongado de desenvolvimento do cérebro em relação aos chimpanzés.

“A combinação da estrutura do cérebro semelhante ao de um macaco com o crescimento prolongado do cérebro humano na espécie de Lucy foi inesperada”, disse Kimbel. “Essa descoberta apóia a ideia de que a evolução do cérebro humano foi muito fragmentada, com o crescimento do cérebro estendido aparecendo antes da origem de nosso próprio gênero, Homo.”

Entre os primatas, diferentes taxas de crescimento e maturação estão associadas a diferentes estratégias de cuidado com o bebê, sugerindo que o período prolongado de crescimento do cérebro no Australopithecus afarensis pode estar relacionado a uma longa dependência dos cuidadores. Alternativamente, o crescimento lento do cérebro também pode representar principalmente uma maneira de distribuir as necessidades energéticas de descendentes dependentes ao longo de muitos anos em ambientes onde a comida nem sempre é abundante.

Em ambos os casos, o crescimento prolongado do cérebro no Australopithecus afarensis forneceu a base para a evolução subsequente do cérebro e do comportamento social dos hominíneos, e foi provavelmente crítico para a evolução de um longo período de aprendizagem na infância.

Artigo de pesquisa: Os endocasts do Australopithecus afarensis sugerem uma organização do cérebro semelhante a um macaco e um crescimento prolongado do cérebro. Science Advances. Philipp Gunz. Simon Neubauer, Dean Falk, Paul Tafforeau, Adelube Le Cabec, Tanya M. Smith, William H. Kimbel, Fred Spoor, Zeresenay Alemseged.

Vídeo superior: Impressões cerebrais em crânios fósseis da espécie Australopithecus afarensis (famosa por “Lucy” e a “criança Dikika” da Etiópia retratada aqui) lançam uma nova luz sobre a evolução do crescimento e organização do cérebro. Vários anos de meticulosa reconstrução fóssil e contagem de linhas de crescimento dentário produziram uma impressão cerebral excepcionalmente preservada da criança Dikika e uma idade precisa na morte. Esses dados sugerem que o Australopithecus afarensis tinha um cérebro semelhante ao de um macaco e crescimento cerebral prolongado. Crédito: Philipp Gunz, MPI EVA Leipzig


As varreduras do crânio revelam segredos evolutivos de cérebros fósseis

Impressões cerebrais em crânios fósseis da espécie Australopithecus afarensis (famoso por "Lucy" e a "criança Dikika" da Etiópia retratada aqui) lançou uma nova luz sobre a evolução do crescimento e da organização do cérebro. A marca endocraniana excepcionalmente preservada da criança Dikika revela uma organização cerebral semelhante a um macaco, e nenhuma característica derivada de humanos. Crédito: Philipp Gunz, MPI EVA Leipzig.

Os cientistas há muito tempo medem e analisam os crânios fósseis de nossos ancestrais para estimar o volume e o crescimento do cérebro. A questão de como esses cérebros antigos se comparam aos cérebros humanos modernos e aos cérebros de nosso primo primata mais próximo, o chimpanzé, continua a ser um grande alvo de investigação.

Um novo estudo publicado em Avanços da Ciência usou a tecnologia de tomografia computadorizada para visualizar impressões cerebrais de três milhões de anos dentro de crânios fósseis da espécie Australopithecus afarensis (famoso por "Lucy" e "Selam" da região de Afar da Etiópia) para lançar uma nova luz sobre a evolução da organização e do crescimento do cérebro. A pesquisa revela que, embora a espécie de Lucy tivesse uma estrutura cerebral semelhante à de um macaco, o cérebro demorava mais para atingir o tamanho adulto, sugerindo que os bebês podem ter tido uma dependência mais longa de cuidadores, uma característica semelhante à humana.

A tomografia computadorizada permitiu aos pesquisadores chegar a duas questões de longa data que não poderiam ser respondidas apenas pela observação visual e medição: Há evidências de reorganização do cérebro humano em Australopithecus afarensis, e o padrão de crescimento do cérebro nessa espécie era mais semelhante ao dos chimpanzés ou dos humanos?

Para estudar o crescimento e a organização do cérebro em A. afarensis, os pesquisadores, incluindo o paleoantropologista da ASU William Kimbel, escanearam oito crânios fósseis dos sítios etíopes de Dikika e Hadar usando tomografia computadorizada convencional e síncrotron de alta resolução. Kimbel, líder do trabalho de campo em Hadar, é diretor do Instituto de Origens Humanas e Virginia M. Ullman Professora de História Natural e Meio Ambiente na Escola de Evolução Humana e Mudança Social.

Impressões cerebrais de 3 milhões de anos em crânios fósseis da espécie Australopithecus afarensis (famosa por “Lucy” e a “criança Dikika” da Etiópia mostrada aqui) lançam uma nova luz sobre a evolução do crescimento e organização do cérebro. Crédito: Paul Tafforeau, ESRF Grenoble

A espécie de Lucy habitou a África oriental há mais de três milhões de anos - estima-se que "Lucy" tivesse 3,2 milhões de anos - e ocupa uma posição chave na árvore genealógica dos hominídeos, pois é amplamente aceito como ancestral de todos os hominídeos posteriores, incluindo a linhagem que leva aos humanos modernos.

"Lucy e seus parentes fornecem evidências importantes sobre o comportamento dos primeiros hominídeos - eles andavam eretos, tinham cérebros cerca de 20 por cento maiores do que os dos chimpanzés e podem ter usado ferramentas de pedra afiadas", explica o co-autor Zeresenay Alemseged (Universidade de Chicago), que dirige o projeto de campo Dikika na Etiópia e é um Afiliado de Pesquisa Internacional do Instituto de Origens Humanas.

Os cérebros não fossilizam, mas à medida que o cérebro cresce e se expande antes e depois do nascimento, os tecidos ao redor de sua camada externa deixam uma marca no interior da caixa craniana óssea. Os cérebros dos humanos modernos não são apenas muito maiores do que os de nossos parentes macacos vivos mais próximos, mas também são organizados de maneira diferente e levam mais tempo para crescer e amadurecer. Comparados com os chimpanzés, os bebês humanos modernos aprendem mais e são inteiramente dependentes dos cuidados dos pais por longos períodos de tempo. Juntas, essas características são importantes para a cognição humana e o comportamento social, mas suas origens evolutivas permanecem obscuras.

Os cérebros não fossilizam, mas à medida que o cérebro cresce, os tecidos ao redor de sua camada externa deixam uma marca na caixa craniana óssea. A impressão endocraniana da criança Dikika revela uma organização cerebral semelhante a um macaco, e nenhuma característica derivada de humanos. Crédito: Philipp Gunz, CC BY-NC-ND 4.0

As tomografias computadorizadas resultaram em "endocasts" digitais de alta resolução do interior dos crânios, onde a estrutura anatômica do cérebro pode ser visualizada e analisada. Com base nesses endocasts, os pesquisadores puderam medir o volume do cérebro e inferir aspectos-chave da organização cerebral a partir de impressões da estrutura do cérebro.

Uma diferença fundamental entre macacos e humanos envolve a organização do lobo parietal do cérebro - importante na integração e processamento das informações sensoriais - e o lobo occipital no centro visual na parte posterior do cérebro. O endocast excepcionalmente preservado de "Selam", um crânio e esqueleto associado de um Australopithecus afarensis bebê encontrado em Dikika em 2000, tem uma impressão inequívoca do sulco semilunar - uma fissura no lobo occipital que marca os limites da área visual que é mais proeminente e localizada mais à frente em macacos do que em humanos - em uma posição semelhante a de um macaco. A varredura da impressão endocraniana de um adulto A. afarensis fóssil de Hadar (A.L. 162-28) revela uma impressão previamente não detectada do sulco semilunar, que também está em uma posição de macaco.

Alguns cientistas conjeturaram que a reorganização do cérebro semelhante ao humano nos australopitecos estava ligada a comportamentos que eram mais complexos do que os de seus parentes grandes símios (por exemplo, fabricação de ferramentas de pedra, mentalização e comunicação vocal). Infelizmente, o sulco semilunar normalmente não se reproduz bem em endocasts, então houve controvérsia não resolvida sobre sua posição em Australopithecus.

Impressões cerebrais (mostradas em branco) em crânios fósseis da espécie Australopithecus afarensis lançam uma nova luz sobre a evolução do crescimento e da organização do cérebro. Vários anos de meticulosa reconstrução fóssil e contagem das linhas de crescimento dentário produziram uma impressão cerebral excepcionalmente preservada da criança Dikika e uma idade precisa na morte. Crédito: Philipp Gunz, CC BY-NC-ND 4.0

"Um destaque de nosso trabalho é como a tecnologia de ponta pode esclarecer debates de longa data sobre esses fósseis de três milhões de anos", observa o co-autor Kimbel. "Nossa capacidade de 'perscrutar' os detalhes ocultos da estrutura óssea e dentária com tomografias computadorizadas revolucionou verdadeiramente a ciência de nossas origens."

Uma comparação dos volumes endocranianos de bebês e adultos também indica um crescimento prolongado do cérebro semelhante ao humano em Australopithecus afarensis, provavelmente crítico para a evolução de um longo período de aprendizagem na infância em hominídeos.

Em bebês, as tomografias computadorizadas da dentição tornam possível determinar a idade de um indivíduo ao morrer contando as linhas de crescimento dentário. Semelhante aos anéis de crescimento de uma árvore, as seções virtuais de um dente revelam linhas de crescimento incrementais que refletem o ritmo interno do corpo. Estudando os dentes fossilizados do bebê Dikika, os especialistas em odontologia da equipe calcularam uma idade de morte de 2,4 anos.

Impressões cerebrais em crânios fósseis da espécie Australopithecus afarensis (famosa por “Lucy” e a “criança Dikika” da Etiópia mostrada aqui) lançam uma nova luz sobre a evolução do crescimento e organização do cérebro. Vários anos de meticulosa reconstrução fóssil e contagem de linhas de crescimento dentário produziram uma impressão cerebral excepcionalmente preservada da criança Dikika e uma idade precisa na morte. Esses dados sugerem que o Australopithecus afarensis tinha um cérebro semelhante ao de um macaco e crescimento cerebral prolongado. Crédito: Philipp Gunz, MPI EVA Leipzig

O ritmo de desenvolvimento dentário do bebê Dikika era amplamente comparável ao dos chimpanzés e, portanto, mais rápido do que nos humanos modernos. Mas, dado que o cérebro de Australopithecus afarensis os adultos eram cerca de 20% maiores do que os dos chimpanzés; o pequeno volume endocraniano da criança Dikika sugere um período prolongado de desenvolvimento do cérebro em relação aos chimpanzés.

"A combinação da estrutura cerebral simiesca com o crescimento prolongado do cérebro humano na espécie de Lucy foi inesperada", diz Kimbel. "Essa descoberta apóia a ideia de que a evolução do cérebro humano foi muito fragmentada, com o crescimento extenso do cérebro aparecendo antes da origem do nosso próprio gênero, Homo."

Impressões cerebrais em crânios fósseis da espécie Australopithecus afarensis (famosa por “Lucy” e a “criança Dikika” da Etiópia retratada aqui) lançam uma nova luz sobre a evolução do crescimento e organização do cérebro. Vários anos de meticulosa reconstrução fóssil e contagem de linhas de crescimento dentário produziram uma impressão cerebral excepcionalmente preservada da criança Dikika e uma idade precisa na morte. Esses dados sugerem que o Australopithecus afarensis tinha um cérebro de macaco e crescimento cerebral prolongado. Crédito: Philipp Gunz, MPI EVA Leipzig

Entre os primatas, diferentes taxas de crescimento e maturação estão associadas a diferentes estratégias de cuidado infantil, sugerindo que o período prolongado de crescimento do cérebro em Australopithecus afarensis pode ter sido associada a uma longa dependência de cuidadores. Alternativamente, o crescimento lento do cérebro também pode representar principalmente uma maneira de distribuir as necessidades energéticas de descendentes dependentes ao longo de muitos anos em ambientes onde a comida nem sempre é abundante. Em ambos os casos, o crescimento prolongado do cérebro em Australopithecus afarensis forneceu a base para a evolução subsequente do cérebro e do comportamento social dos hominídeos e foi provavelmente crítico para a evolução de um longo período de aprendizagem na infância.


Crânio de 7 milhões de anos assusta antropólogos / É de longe o ancestral humano mais antigo

Uma equipe internacional de caçadores de fósseis que vasculha as areias de um deserto da África Central varrido pelo vento desenterrou o crânio e fragmentos da mandíbula de uma criatura que viveu há quase 7 milhões de anos - de longe o mais antigo de todos os ancestrais humanos conhecidos.

Sua descoberta espetacular forçará os antropólogos a repensar suas idéias sobre um período misterioso em que nossos antepassados ​​humanos e os macacos evoluíram separadamente de um ancestral comum e os primeiros hominídeos começaram a andar eretos.

"Inquestionavelmente, esta é uma das descobertas fósseis mais importantes dos últimos 100 anos", disse o antropólogo Daniel Lieberman da Universidade de Harvard. "É de longe o crânio mais antigo de um ancestral humano. Isso terá o impacto científico de uma pequena bomba nuclear."

A descoberta também estabelece pela primeira vez que as primeiras espécies de hominídeos prosperaram e evoluíram bem longe do Vale do Rift, na África Oriental, e das cavernas da África do Sul, que os antropólogos há muito acreditam ter sido as únicas regiões onde os primeiros humanos evoluíram.

A equipe de 40 cientistas, liderada pelo paleontólogo francês Michel Brunet e David Pilbeam da Universidade de Harvard, encontrou um crânio parcial fossilizado, dois maxilares inferiores e três dentes isolados do que Brunet acredita serem os restos de cinco indivíduos separados da mesma espécie de hominídeo em deserto Djurab da região do Sahel do norte do Chade.

O grupo também desenterrou mais de 700 restos de animais no mesmo local, incluindo elefantes primitivos, crocodilos, girafas, antílopes, javalis e macacos. Os achados de animais são significativos, disse Brunet, porque mostram como a paisagem era diferente há tantos milhões de anos.

Hoje, o local da descoberta fica em um deserto uivante, varrido por violentas tempestades de areia e contornando o que resta de um pequeno lago raso. Mas, há muitos milhões de anos, a área incluía um imenso lago, com ricas florestas e pastagens abertas que abrigavam uma variedade espetacular de mamíferos, anfíbios, cobras e peixes - assim como os primeiros pré-humanos.

Brunet e seus colegas chamaram a nova espécie de Sahelanthropus tchadensis e a apelidaram de Toumai, que significa "esperança de vida" na língua local Goran.

UMA ACHADA ANTERIOR E DISPUTADA

Eles datam entre 6 e 7 milhões de anos - possivelmente um milhão de anos mais velho do que uma disputada descoberta francesa no Quênia há dois anos que foi apelidada de Homem do Milênio e cujos descobridores afirmam ter cerca de 6 milhões de anos, embora outros cientistas afirmem que é mais recente.

A criatura fóssil de Brunet e Pilbeam tinha apenas o tamanho de um chimpanzé, mas seu rosto longo e achatado mais a redução dos dentes caninos e a espessura do esmalte de seus molares a distinguem claramente dos chimpanzés, disse Brunet em uma descrição preparada para repórteres.

"Essas descobertas abalam fortemente nossas concepções dos primeiros passos na história dos hominídeos", disse ele.

Curiosamente, algumas partes do crânio e dos dentes fósseis se assemelham aos de Ardipithecus ramidus, um hominídeo de 4,4 milhões de anos descoberto na região de Awash, na Etiópia, por Tim D. White da UC Berkeley e seus colegas etíopes em 1995, disse Brunet.

Outras características se assemelham até mesmo às da muito mais jovem "Lucy", o fóssil de Australopithecus afarensis de 3,4 milhões de anos descoberto em 1974 por Donald Johanson do Instituto de Origens Humanas da Universidade Estadual do Arizona.

The formal report by Brunet and his team is being published today in the British journal Nature, along with a detailed description of the region's long- altered early geology and its diverse early animal life.


Skull scans reveal evolutionary secrets of fossil brains

Scientists have long been able to measure and analyze the fossil skulls of our ancient ancestors to estimate brain volume and growth. The question of how these ancient brains compare to modern human brains and the brains of our closest primate cousin, the chimpanzee, continues to be a major target of investigation.

A new study published in Science Advances used CT-scanning technology to view 3-million-year-old brain imprints inside fossil skulls of the species Australopithecus afarensis (famous for “Lucy” and “Selam” from Ethiopia’s Afar region) to shed new light on the evolution of brain organization and growth.

The research reveals that while Lucy’s species had an ape-like brain structure, the brain took longer to reach adult size, suggesting that infants may have had a longer dependence on caregivers, a human-like trait.

The CT-scanning enabled the researchers to get at two long-standing questions that could not be answered by visual observation and measurement alone: Is there evidence for human-like brain reorganization in Australopithecus afarensis, and was the pattern of brain growth in this species more similar to that of chimpanzees or that of humans?

Brain imprints in fossil skulls of the species Australopithecus afarensis (famous for “Lucy” and the “Dikika child” from Ethiopia, pictured here) shed new light on the evolution of brain growth and organization. The exceptionally preserved endocranial imprint of the Dikika child reveals an ape-like brain organization, and no features derived toward humans. Credit: Philipp Gunz, MPI EVA Leipzig.

To study brain growth and organization in A. afarensis, the researchers, including Arizona State University paleoanthropologist William Kimbel, scanned eight fossil crania from the Ethiopian sites of Dikika and Hadar using high-resolution conventional and synchrotron-computed tomography. Kimbel, leader of the field work at Hadar, is director of the Institute of Human Origins and Virginia M. Ullman Professor of Natural History and the Environment in the School of Human Evolution and Social Change.

Lucy’s species inhabited eastern Africa more than three million years ago — “Lucy” herself is estimated to be 3.2 million years old — and occupies a key position in the hominin family tree, as it is widely accepted to be ancestral to all later hominins, including the lineage leading to modern humans.

“Lucy and her kin provide important evidence about early hominin behavior — they walked upright, had brains that were around 20% larger than those of chimpanzees, and may have used sharp stone tools,” said coauthor Zeresenay Alemseged from the University of Chicago, who directs the Dikika field project in Ethiopia and is an international research affiliate with the Institute of Human Origins.

Brains do not fossilize, but as the brain grows and expands before and after birth, the tissues surrounding its outer layer leave an imprint on the inside of the bony braincase. The brains of modern humans are not only much larger than those of our closest living ape relatives, but are also organized differently and take longer to grow and mature.

Compared with chimpanzees, modern human infants learn longer and are entirely dependent on parental care for longer periods of time. Together, these characteristics are important for human cognition and social behavior, but their evolutionary origins remain unclear.

The CT scans resulted in high-resolution digital “endocasts” of the interior of the skulls, where the anatomical structure of the brains could be visualized and analyzed. Based on these endocasts, the researchers could measure brain volume and infer key aspects of cerebral organization from impressions of the brain’s structure.

A key difference between apes and humans involves the organization of the brain’s parietal lobe — important in the integration and processing of sensory information — and occipital lobe in the visual center at the rear of the brain.

The exceptionally preserved endocast of “Selam,” a skull and associated skeleton of an Australopithecus afarensis infant found at Dikika in 2000, has an unambiguous impression of the lunate sulcus — a fissure in the occipital lobe marking the boundary of the visual area that is more prominent and located more forward in apes than in humans — in an ape-like position.

The scan of the endocranial imprint of an adult A. afarensis fossil from Hadar ( early hominid AL 162–28) reveals a previously undetected impression of the lunate sulcus, which is also in an ape-like position.

Brains do not fossilize, but as the brain grows, the tissues surrounding its outer layer leave an imprint in the bony braincase. The Dikika child’s endocranial imprint reveals an ape-like brain organization, and no features derived toward humans. Credit: Philipp Gunz, MPI EVA Leipzig.

Some scientists had conjectured that human-like brain reorganization in australopiths was linked to behaviors that were more complex than those of their great ape relatives (e.g., stone-tool manufacture, mentalizing and vocal communication). Unfortunately, the lunate sulcus typically does not reproduce well on endocasts, so there was unresolved controversy about its position in Australopithecus.

“A highlight of our work is how cutting-edge technology can clear up long-standing debates about these three million-year-old fossils,” co-author Kimbel said. “Our ability to ‘peer’ into the hidden details of bone and tooth structure with CT scans has truly revolutionized the science of our origins.”

A comparison of infant and adult endocranial volumes also indicates more human-like protracted brain growth in Australopithecus afarensis , likely critical for the evolution of a long period of childhood learning in hominins.

In infants, CT scans of the dentition make it possible to determine an individual’s age at death by counting dental growth lines. Similar to the growth rings of a tree, virtual sections of a tooth reveal incremental growth lines reflecting the body’s internal rhythm. Studying the fossilized teeth of the Dikika infant, the team’s dental experts calculated an age at death of 2.4 years.

The pace of dental development of the Dikika infant was broadly comparable to that of chimpanzees, and therefore faster than in modern humans. But given that the brains of Australopithecus afarensis adults were roughly 20% larger than those of chimpanzees, the Dikika child’s small endocranial volume suggests a prolonged period of brain development relative to chimpanzees.

“The combination of ape-like brain structure and human-like protracted brain growth in Lucy’s species was unexpected,” Kimbel said. “That finding supports the idea that human brain evolution was very much a piecemeal affair, with extended brain growth appearing before the origin of our own genus, Homo.”

Among primates, different rates of growth and maturation are associated with different infant-care strategies, suggesting that the extended period of brain growth in Australopithecus afarensis may have been linked to a long dependence on caregivers. Alternatively, slow brain growth could also primarily represent a way to spread the energetic requirements of dependent offspring over many years in environments where food is not always abundant.

In either case, protracted brain growth in Australopithecus afarensis provided the basis for subsequent evolution of the brain and social behavior in hominins, and was likely critical for the evolution of a long period of childhood learning.

Research article: Australopithecus afarensis endocasts suggest ape-like brain organization and prolonged brain growth. Science Advances. Philipp Gunz. Simon Neubauer, Dean Falk, Paul Tafforeau, Adelube Le Cabec, Tanya M. Smith, William H. Kimbel, Fred Spoor, Zeresenay Alemseged.

Top video: Brain imprints in fossil skulls of the species Australopithecus afarensis (famous for “Lucy” and the “Dikika child” from Ethiopia pictured here) shed new light on the evolution of brain growth and organization. Several years of painstaking fossil reconstruction and counting of dental growth lines yielded an exceptionally preserved brain imprint of the Dikika child and a precise age at death. These data suggest that Australopithecus afarensis had an ape-like brain and prolonged brain growth. Credit: Philipp Gunz, MPI EVA Leipzig


Skull scans reveal evolutionary secrets of fossil brains

IMAGE: Brain imprints in fossil skulls of the species Australopithecus afarensis (famous for "Lucy " and the "Dikika child " from Ethiopia pictured here) shed new light on the evolution of brain growth.

Scientists have long been able to measure and analyze the fossil skulls of our ancient ancestors to estimate brain volume and growth. The question of how these ancient brains compare to modern human brains and the brains of our closest primate cousin, the chimpanzee, continues to be a major target of investigation.

A new study published in Avanços da Ciência used CT-scanning technology to view three-million-year old brain imprints inside fossil skulls of the species Australopithecus afarensis (famous for "Lucy" and "Selam" from Ethiopia's Afar region) to shed new light on the evolution of brain organization and growth. The research reveals that while Lucy's species had an ape-like brain structure, the brain took longer to reach adult size, suggesting that infants may have had a longer dependence on caregivers, a human-like trait.

The CT-scanning enabled the researchers to get at two long-standing questions that could not be answered by visual observation and measurement alone: Is there evidence for human-like brain reorganization in Australopithecus afarensis, and was the pattern of brain growth in this species more similar to that of chimpanzees or that of humans?

To study brain growth and organization in A. afarensis, the researchers, including ASU paleoanthropologist William Kimbel, scanned eight fossil crania from the Ethiopian sites of Dikika and Hadar using high-resolution conventional and synchrotron-computed tomography. Kimbel, leader of the field work at Hadar, is director of the Institute of Human Origins and Virginia M. Ullman Professor of Natural History and the Environment in the School of Human Evolution and Social Change.

Lucy's species inhabited eastern Africa more than three million years ago--"Lucy" herself is estimated to be 3.2 million years old--and occupies a key position in the hominin family tree, as it is widely accepted to be ancestral to all later hominins, including the lineage leading to modern humans.

"Lucy and her kin provide important evidence about early hominin behavior--they walked upright, had brains that were around 20 percent larger than those of chimpanzees, and may have used sharp stone tools," explains coauthor Zeresenay Alemseged (University of Chicago), who directs the Dikika field project in Ethiopia and is an International Research Affiliate with the Institute of Human Origins.

Brains do not fossilize, but as the brain grows and expands before and after birth, the tissues surrounding its outer layer leave an imprint on the inside of the bony braincase. The brains of modern humans are not only much larger than those of our closest living ape relatives but are also organized differently and take longer to grow and mature. Compared with chimpanzees, modern human infants learn longer and are entirely dependent on parental care for longer periods of time. Together, these characteristics are important for human cognition and social behavior, but their evolutionary origins remain unclear.

The CT scans resulted in high-resolution digital "endocasts" of the interior of the skulls, where the anatomical structure of the brains could be visualized and analyzed. Based on these endocasts, the researchers could measure brain volume and infer key aspects of cerebral organization from impressions of the brain's structure.

A key difference between apes and humans involves the organization of the brain's parietal lobe--important in the integration and processing of sensory information--and occipital lobe in the visual center at the rear of the brain. The exceptionally preserved endocast of "Selam," a skull and associated skeleton of an Australopithecus afarensis infant found at Dikika in 2000, has an unambiguous impression of the lunate sulcus--a fissure in the occipital lobe marking the boundary of the visual area that is more prominent and located more forward in apes than in humans--in an ape-like position. The scan of the endocranial imprint of an adult A. afarensis fossil from Hadar (A.L. 162-28) reveals a previously undetected impression of the lunate sulcus, which is also in an ape-like position.

Some scientists had conjectured that human-like brain reorganization in australopiths was linked to behaviors that were more complex than those of their great ape relatives (e.g., stone-tool manufacture, mentalizing, and vocal communication). Unfortunately, the lunate sulcus typically does not reproduce well on endocasts, so there was unresolved controversy about its position in Australopithecus.

"A highlight of our work is how cutting-edge technology can clear up long-standing debates about these three million-year-old fossils," notes coauthor Kimbel. "Our ability to 'peer' into the hidden details of bone and tooth structure with CT scans has truly revolutionized the science of our origins."

A comparison of infant and adult endocranial volumes also indicates more human-like protracted brain growth in Australopithecus afarensis, likely critical for the evolution of a long period of childhood learning in hominins.

In infants, CT scans of the dentition make it possible to determine an individual's age at death by counting dental growth lines. Similar to the growth rings of a tree, virtual sections of a tooth reveal incremental growth lines reflecting the body's internal rhythm. Studying the fossilized teeth of the Dikika infant, the team's dental experts calculated an age at death of 2.4 years.

The pace of dental development of the Dikika infant was broadly comparable to that of chimpanzees and therefore faster than in modern humans. But given that the brains of Australopithecus afarensis adults were roughly 20 percent larger than those of chimpanzees, the Dikika child's small endocranial volume suggests a prolonged period of brain development relative to chimpanzees.

"The combination of apelike brain structure and humanlike protracted brain growth in Lucy's species was unexpected," says Kimbel. "That finding supports the idea that human brain evolution was very much a piecemeal affair, with extended brain growth appearing before the origin of our own genus, Homo."

Among primates, different rates of growth and maturation are associated with different infant-care strategies, suggesting that the extended period of brain growth in Australopithecus afarensis may have been linked to a long dependence on caregivers. Alternatively, slow brain growth could also primarily represent a way to spread the energetic requirements of dependent offspring over many years in environments where food is not always abundant. In either case, protracted brain growth in Australopithecus afarensis provided the basis for subsequent evolution of the brain and social behavior in hominins and was likely critical for the evolution of a long period of childhood learning.


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