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A nova tecnologia permite que os cientistas tenham um primeiro vislumbre de detalhes intrincados da vida de Little Foot

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Crédito: Copyright Diamond Light Source Ltd

Em junho de 2019, uma equipe internacional trouxe o crânio completo do esqueleto Little Foot Australopithecus de 3.67 milhões de anos, da África do Sul para o Reino Unido e alcançou uma resolução de imagem sem precedentes de suas estruturas ósseas e dentição em um síncrotron baseado em raios X. investigação no síncrotron nacional do Reino Unido, Diamond Light Source. O trabalho de raios-X é destacado em um novo artigo na e-Vida, publicado hoje (2 de março de 2021) com foco nas características craniodentais internas do Little Foot. A notável integridade e grande idade do esqueleto do Little Foot o torna um espécime de importância crucial na pesquisa das origens humanas e um candidato principal para explorar a evolução humana por meio de análises virtuais de alta resolução.

Para recuperar os menores detalhes possíveis de um fóssil razoavelmente grande e muito frágil, a equipe decidiu fazer uma imagem do crânio usando microtomografia computadorizada de raios-X síncrotron na linha de luz I12 em Diamond, revelando novas informações sobre a evolução e as origens humanas. Este artigo descreve os resultados preliminares da investigação baseada em raios-X síncrotron da dentição e ossos do crânio (ou seja, abóbada craniana e mandíbula).

A principal autora e pesquisadora principal, Dra. Amelie Beaudet, do Departamento de Arqueologia da Universidade de Cambridge e pesquisadora honorária da Universidade de Witwatersrand (Universidade de Wits), explica: “Tivemos a oportunidade única de examinar os mínimos detalhes da anatomia craniodentária do Crânio de pé pequeno. Ao escaneá-lo, não sabíamos até que ponto as menores estruturas estariam preservadas nesse indivíduo, que viveu há mais de 3.5 milhões de anos. Então, quando finalmente pudemos examinar as imagens, ficamos todos muito emocionados e emocionados ao ver detalhes tão íntimos da vida de Little Foot pela primeira vez. As microestruturas observadas no esmalte indicam que Little Foot passou por dois períodos claros de estresse alimentar ou doença quando era criança”.

A equipe também pôde observar e descrever os canais vasculares que estão contidos no osso compacto da mandíbula. Essas estruturas têm o potencial de revelar muito sobre a biomecânica da alimentação nesse indivíduo e em sua espécie, mas também mais amplamente sobre como o osso foi remodelado no Pé Pequeno O padrão de ramificação desses canais indica que ocorreu alguma remodelação, talvez em resposta a mudanças na dieta, e que Little Foot morreu como um indivíduo mais velho.

A equipe também observou canais minúsculos (ou seja, menos de 1 mm) na caixa craniana que possivelmente estão envolvidos na termorregulação cerebral (ou seja, como resfriar o cérebro). O tamanho do cérebro aumentou dramaticamente ao longo da evolução humana (cerca de três vezes) e, como o cérebro é muito sensível à mudança de temperatura, entender como a regulação da temperatura evolui é de interesse primordial. A Dra. Amelie Beaudet acrescenta: “Tradicionalmente, nenhuma dessas observações teria sido possível sem cortar o fóssil em fatias muito finas, mas com a aplicação da tecnologia síncrotron há um novo e excitante campo de histologia virtual sendo desenvolvido para explorar os fósseis de nosso planeta distante. ancestrais”.

O Dr. Thomas Connolley, principal cientista da linha de luz da Diamond, comentou:
“Aspectos importantes da biologia dos primeiros hominídeos permanecem debatidos ou simplesmente desconhecidos. Nesse contexto, as técnicas de imagem de raios-X síncrotron, como a microtomografia, têm o potencial de revelar de forma não destrutiva detalhes cruciais sobre o desenvolvimento, fisiologia, biomecânica e taxonomia de espécimes fósseis. O crânio de Little Foot também foi digitalizado usando o instrumento de nêutrons IMAT adjacente na ISIS Neutron and Muon Source, combinando técnicas de imagem de raios-X e nêutrons em uma visita ao Reino Unido. Com um volume tão rico de informações coletadas, estamos ansiosos para fazer mais descobertas nas varreduras complementares de raios-X e tomografia de nêutrons.”

Aplicações de técnicas analíticas baseadas em síncrotron de raios-X em estudos evolutivos abriram novos caminhos no campo da (paleo)antropologia. Em particular, a microtomografia síncrotron de raios-X provou ser extremamente útil para observar as menores estruturas anatômicas em fósseis que tradicionalmente são vistas apenas cortando os ossos e olhando-os ao microscópio. Na última década, houve mais estudos em paleoantropologia usando radiação síncrotron para investigar dentes e impressões cerebrais em hominídeos fósseis. No entanto, digitalizar um crânio completo como o de Little Foot e tentar revelar detalhes muito pequenos usando uma resolução muito alta foi bastante desafiador, mas a equipe conseguiu desenvolver um novo protocolo que tornou isso possível. Para recuperar os menores detalhes possíveis de um fóssil razoavelmente grande e muito frágil, a equipe decidiu fazer uma imagem do crânio usando microtomografia computadorizada de raios-X síncrotron na linha de luz I12 em Diamond.

O pesquisador principal e professor associado, professor Dominic Stratford, da Universidade de Witwatersrand (Universidade de Wits), Escola de Geografia, Arqueologia e Estudos Ambientais, diz: “Este nível de resolução está nos fornecendo evidências notavelmente claras da vida desse indivíduo. Achamos que haverá também um aspecto evolutivo extremamente significativo, pois estudar esse fóssil com tantos detalhes nos ajudará a entender de qual espécie ela evoluiu e como ela difere de outras encontradas em uma época semelhante na África. Este é apenas o nosso primeiro artigo, então fique de olho neste espaço. Se o financiamento permitir, esperamos poder trazer outras partes de Little Foot para Diamond”, acrescentando:

“Esta pesquisa foi sobre trazer o crânio de Australopithecus mais bem preservado para o melhor da melhor instalação síncrotron para nossos propósitos. Tradicionalmente, os hominídeos têm sido analisados ​​medindo e descrevendo as formas externas de seus ossos fossilizados para avaliar como eles diferem entre as espécies. O desenvolvimento do síncrotron e os recursos do microCT significam que agora podemos observar virtualmente as estruturas dentro dos fósseis, que contêm uma grande quantidade de informações. Mais recentemente, a tecnologia se desenvolveu de tal forma que agora podemos explorar virtualmente estruturas histológicas minúsculas em três dimensões, abrindo novos caminhos para nossa pesquisa.”

Os primeiros ossos do fóssil Little Foot foram descobertos nas cavernas de Sterkfontein, a noroeste de Joanesburgo, pelo professor Ron Clarke, da Universidade de Witwatersrand, em 1994. Em 1997, após a descoberta da localização do esqueleto, o professor Clarke e sua equipe passou mais de 20 anos removendo meticulosamente o esqueleto em etapas da brecha da caverna semelhante a concreto usando um pequeno airscribe (uma agulha vibratória). Após a limpeza e reconstrução, o esqueleto foi revelado publicamente em 2018. A Wits University é a guardiã do fóssil StW 573, Little Foot.

O professor Ron Clarke, o cientista britânico radicado na África do Sul que descobriu e escavou Little Foot e conduziu todos os primeiros exames do fóssil, também fez parte da equipe de pesquisa e conclui: “Levamos 23 anos para chegar a este ponto. Este é um novo capítulo emocionante na história de Little Foot, e este é apenas o primeiro trabalho resultante de sua primeira viagem para fora da África. Estamos constantemente descobrindo novas informações da riqueza de novos dados que foram obtidos. Esperamos que esse esforço leve a mais fundos para continuar nosso trabalho. Nossa equipe e o PAST* enfatizam que toda a humanidade tem uma ancestralidade compartilhada há muito tempo em harmonia com o mundo natural, e que aprender com esses primeiros ancestrais nos dá uma perspectiva sobre a necessidade de conservar a natureza e nosso planeta.”

Este artigo é o primeiro de uma série de artigos resultantes da riqueza de dados que os Pesquisadores Principais da Universidade de Witwatersrand na África do Sul, a Universidade de Cambridge no Reino Unido, co-investigadores do Museu de História Natural e Diamond foram podem ganhar com a sua colaboração. Little Foot também passou por imagens de nêutrons no ISIS Neutron e Muon Source do STFC ao mesmo tempo que o trabalho realizado no Diamond Light Source, fornecendo acesso sem precedentes a técnicas avançadas de imagem complementares. Os nêutrons são absorvidos de forma muito diferente dos raios X pelas partes interiores do fóssil, graças à sensibilidade dos nêutrons a certos elementos químicos. Apesar de ter resolução espacial mais grosseira, a tomografia de nêutrons às vezes pode diferenciar entre diferentes constituintes mineralógicos para os quais o contraste é muito baixo para raios-X.

# # #

Autores do artigo em eLife: 'Observações paleohistológicas preliminares do crânio StW 573 Little Foot' – Amelie Beaudet, Robert Atwood, Winfried Kockelmann, Vincent Fernandez, Thomas Connolley, Nghia Trong Vo, Ronald Clarke, Dominic Stratford.
DOI: https: //doi.org /10.7554 /eLife64804

A equipe: Pesquisadores principais, Professor Dominic Stratford e Dra. Amelie Beaudet, da Universidade de Witwatersrand e Universidade de Cambridge, respectivamente, co-investigadores Dr. Vincent Fernandez, Museu de História Natural, Dr. Robert Atwood e Dra. Thomas Connolley, cientista principal da linha de luz, fonte de luz de diamante e Dr.

*PAST África do Sul (Paleontological Scientific Trust https://www.passado.organização.za/aprender/ ) foi configurado para
financie pesquisas sobre LF e, desde então, financiou e facilitou a pesquisa de literalmente toneladas de fósseis e projetos de escavação. Financiou numerosos projetos de pesquisa sobre espécimes que revelam detalhes de nossa humanidade e nosso vínculo com a natureza 'Somos todos da África'.

Para mais informações, entre em contato com a Diamond Communications: Lorna Campbell +44 7836 625999 ou Isabelle Boscaro-Clarke +44 1235 778130

Sobre a fonte de luz de diamante:

W: http://www.diamante.AC.Reino Unido Twitter: @DiamondLightSou

A Diamond Light Source fornece às comunidades de usuários industriais e acadêmicos acesso a ferramentas analíticas de última geração para permitir uma ciência que muda o mundo. Com a forma de um enorme anel, ele funciona como um microscópio gigante, acelerando elétrons a velocidades próximas à da luz, para produzir uma luz 10 bilhões de vezes mais brilhante que o Sol, que é então direcionada para 33 laboratórios conhecidos como linhas de luz. Além desses, a Diamond oferece acesso a vários laboratórios integrados, incluindo o Centro de Bioimagem Eletrônica de classe mundial (eBIC) e o Centro de Imagem de Ciências Físicas Eletrônicas (ePSIC).

Diamond atua como um agente de mudança, abordando os desafios do século 21, como doenças, energia limpa, segurança alimentar e muito mais. Desde o início das operações, mais de 14,000 pesquisadores da academia e da indústria usaram o Diamond para conduzir experimentos, com o apoio de aproximadamente 760 funcionários de classe mundial. Mais de 10,000 artigos científicos foram publicados por nossos usuários e cientistas.

Financiado pelo governo do Reino Unido por meio do Conselho de Instalações de Ciência e Tecnologia (STFC) e pelo Wellcome Trust, o Diamond é uma das instalações científicas mais avançadas do mundo, e suas capacidades pioneiras estão ajudando a manter o Reino Unido na vanguarda do desenvolvimento científico. pesquisar.

Sobre Universidade de Wits:

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A Wits University é uma universidade de pesquisa intensiva, uma das instituições líderes no continente africano que produz pesquisa de classe mundial que é localmente relevante e globalmente competitiva. A Wits é líder global em paleociências, uma de suas principais áreas de pesquisa. A produção de pesquisas da Wits aumentou mais de 45% nos últimos quatro anos, com mais de 85% de suas pesquisas publicadas em periódicos internacionais. O Wits oferece um espaço livre para a troca de ideias e uma vibrante comunidade intelectual que promove o debate e a transferência de conhecimento dentro e fora de nossas salas de aula. As pesquisas mais recentes de Wits estão disponíveis em http://www.sagacidade.AC.za/ pesquisa.

Sobre a Universidade de Cambridge

A missão da Universidade de Cambridge é contribuir para a sociedade por meio da busca de educação, aprendizado e pesquisa nos mais altos níveis internacionais de excelência. Até o momento, 110 afiliados da Universidade ganharam o Prêmio Nobel.

Fundada em 1209, a Universidade compreende 31 faculdades autônomas e 150 departamentos, faculdades e instituições. Cambridge é uma universidade global. Seu corpo discente de 19,000 inclui 3,700 estudantes internacionais de 120 países. Os pesquisadores de Cambridge colaboram com colegas em todo o mundo, e a Universidade estabeleceu parcerias em larga escala na Ásia, África e América.

A Universidade fica no centro do aglomerado de Cambridge, que emprega mais de 61,000 pessoas e tem mais de £ 15 bilhões em faturamento gerado anualmente pelas 5,000 empresas intensivas em conhecimento dentro e ao redor da cidade. A cidade publica 316 patentes por 100,000 habitantes.
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Sobre a Fonte de Nêutrons e Múons ISIS do Conselho de Instalações de Ciência e Tecnologia

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A ISIS Neutron and Muon Source produz feixes de nêutrons e múons que permitem aos cientistas estudar materiais em nível atômico usando um conjunto de instrumentos, geralmente descritos como 'supermicroscópios'. Ele apóia uma comunidade nacional e internacional de mais de 2000 cientistas que usam nêutrons e múons para pesquisas em física, química, ciência dos materiais, geologia, engenharia e biologia.

ISIS Neutron and Muon Source é um centro líder mundial de pesquisa em ciências físicas e da vida. É de propriedade e operado pelo Conselho de Instalações de Ciência e Tecnologia.

O Conselho de Instalações Científicas e Tecnológicas faz parte da Pesquisa e Inovação do Reino Unido; o órgão do Reino Unido que trabalha em parceria com universidades, organizações de pesquisa, empresas, instituições de caridade e governo para criar o melhor ambiente possível para o florescimento da pesquisa e da inovação. O STFC financia e apóia a pesquisa em física de partículas e nuclear, astronomia, pesquisa gravitacional e astrofísica e ciência espacial e também opera uma rede de cinco laboratórios nacionais, além de apoiar a pesquisa do Reino Unido em várias instalações de pesquisa internacionais, incluindo CERN, FERMILAB e ESO telescópios no Chile.

Contato com a mídia
Lorna Campbell
lorna.campbell@diamond.ac.uk

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http://dx.doi.org /10.7554 /eLife64804

Fonte: https://bioengineer.org/new-technology-allows-scientists-first-glimpse-of-intricate-details-of-little-foots-life/

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