Morfometría 3D: paleontología en modo virtual

Artículo extraído del nº 204 de Indispensables de Sciences et Avenir, de enero / marzo de 2021.

“Cuando comencé mi carrera a fines de la década de 1970, estábamos principalmente haciendo anatomía comparada, estudiando huesos humanos, grandes simios, homínidos”, recuerda Jean-Jacques Hublin. Desde entonces, los métodos han evolucionado considerablemente con la aparición, a finales de la década de 1990, de las herramientas de modelado 3D. “Tocar los fósiles los destruye. A los museos no les gusta que se manipulen sus colecciones y las entendemos: porque se midieron con una brújula metálica, el hueso frontal del cráneo del hombre de Chapelle-aux-Saints finalmente fue excavado! “

Antes de la llegada de la informática, las medidas se limitaban a dimensiones lineales o ángulos. “Hoy, con los escáneres, podemos visualizar completamente un cráneo en tres dimensiones a partir de sus fragmentos, reconstruir las partes que faltan y, sobre todo, analizar las variaciones de forma de manera mucho más fina y cuantitativa”, enfatiza el paleoantropólogo.

“Son herramientas extraordinarias”, entusiasma Philipp Gunz del Instituto Max-Planck. En abril pasado, su grupo describió con notable precisión un cráneo deA. afarensis, 3,3 millones de años, descubierto en Dikika (Etiopía) en 2000. “Pudimos contar las líneas de crecimiento de un diente: 824, lo que significa que este Australopithecus tenía dos años y medio en el momento de su muerte”.

Una resolución del orden de 5 micrómetros.

En los primeros días de esta revolución, los científicos utilizaron escáneres médicos. “Pero están diseñados para una irradiación mínima, un tiempo de exposición muy corto y tienen una resolución muy baja, ya que un milímetro suele ser suficiente para el diagnóstico., especifica Jean-Jacques Hublin. Para los fósiles, ¡tenemos todo el tiempo que queramos! Seguimos intentando limitar la irradiación para no degradar el ADN que se puede recuperar ”. La resolución comúnmente alcanzada con instrumentos de microtomografía es de alrededor de 5 micrómetros. Y los sincrotrones, como el Grenoble (ESRF), le permiten visualizar estructuras aún más finas.

Una vez finalizado el modelado de los fragmentos, comienza un largo trabajo de reconstrucción.

“Resolver este rompecabezas en 3D es muy tedioso, confía en Philipp Gunz. ¡Trabajé en Australopithecus en Dikika durante cinco años! ” A diferencia de un rompecabezas, la solución rara vez es única. “¡A veces hay cientos! Intentamos identificar similitudes entre las diferentes reconstrucciones. El gran desafío para el futuro es automatizar la reconstrucción … ¡pero no se puede ganar!”

Además de su contribución al conocimiento de los huesos hasta la fracción de milímetro más cercana, la morfometría 3D ahora está interesada en el cerebro. “Esto no se fosiliza, desaparece. Pero su desarrollo deja huellas impresas en la superficie interna del cráneo; incluso podemos ver la impresión de los vasos sanguíneos externos del cerebro en el hueso”. El resultado se puede leer en la pantalla: un cerebro virtual que permite determinar las formas de las diferentes partes del cerebro y compararlas con cientos de especímenes almacenados en una base de datos (humanos, grandes simios, fósiles de sapiens, neandertales, etc. ).

En el campo, la tableta reemplazó al portátil.

La gran novedad de estos estudios es el acoplamiento con la genética. En enero de 2019, un grupo alrededor de Philipp Gunz mostró cómo la herencia genética de los neandertales influye en el desarrollo del cerebro humano moderno. “Trabajamos con imágenes cerebrales en 3D de 4.500 personas de las que teníamos datos genéticos “., dice el investigador. Al cruzar la geometría del cerebro y la información genética, los científicos pudieron determinar que la presencia de dos fragmentos de genes heredados de los neandertales está asociada con una forma más alargada del cerebro. Parecen actuar en el desarrollo de los ganglios basales y el cerebelo, dos regiones involucradas, entre otras cosas, en la gestión del movimiento.

Aunque los estudios de muestras han avanzado con la tecnología, también están transformando el trabajo de campo: los paleontólogos utilizan cada vez más imágenes de satélite y sistemas de información geográfica para localizar sitios fósiles. Y las excavaciones dependen en gran medida de la tecnología digital : “Cuando era estudiante, dividimos un lugar en cuadrados y trabajamos con un nivel de burbuja, recuerda Jean-Jacques Hublin. Hoy en día, se utilizan estaciones láser que apuntan a cada artefacto y calculan su posición y orientación para alimentar la base de datos local. ¡Y la tableta está reemplazando al portátil cada vez con más frecuencia! “

Reconstrucción 3D nos permite estudiar fósiles desde todos los ángulos sin correr el riesgo de deteriorarse y reconstruir las partes faltantes. Aquí, un cerebro de Australopithecus A. afarensis, una especie a la que pertenecen Lucy y el hijo de Dikika. Créditos: PHILIPP GUNZ / MPI-EVA

Para saber mas :

– Documental: Homo Sapiens, los nuevos orígenes, dirigida por Olivier Julien, Arte, https://sciav.fr/3nouvellesorigines

– Vídeo sobre la datación por carbono 14: https://sciav.fr/carbone14