Manipulation abilities among hominids : a multidisciplinary study with behavior, morphology and modelling

par Ameline Bardo

Thèse de doctorat en Biologie interdisciplinaire

Sous la direction de Emmanuelle Pouydebat.

Soutenue le 09-11-2016

à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Interdisciplinaire européenne frontières du vivant (Paris) , en partenariat avec Université Paris Descartes (1970-2019) (établissement de préparation) et de Mécanismes adaptatifs : des organismes aux communautés / MECADEV (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Capacités de manipulation chez les hominidés : une étude pluridisciplinaire liant comportement, morphologie et modélisation


  • Résumé

    Au sein du règne animal, les humains sont considérés comme possédant des capacités manuelles uniques. Cependant, nous ne savons toujours pas quelles sont les réelles capacités manuelles des primates, ni comment elles ont évolué. Les humains sont-ils réellement uniques ? Cette thèse vise à étudier les capacités de manipulation chez des Hominidés en lien avec l’anatomie et la fonction de leur main, en utilisant une approche interdisciplinaire combinant différentes approches : comportementale, morphologique, fonctionnelle et biomécanique. Pour quantifier les stratégies comportementales et les capacités de manipulation chez des Hominidés, j’ai mené une étude éthologique sur différents grands singes captifs et sur les humains au cours d’une même tâche complexe d'utilisation d'outils. J’ai utilisé des approches comparatives de morphométrie géométrique 3D sur le complexe trapézio-métacarpien combiné avec un modèle musculo-squelettique pour mieux interpréter les résultats comportementaux et pour tester le lien entre la morphométrie de la main et les contraintes biomécaniques durant l’utilisation d’outils chez les Hominidés. Les résultats de cette thèse montrent que les grands singes manifestent des capacités dynamiques de manipulation, mais que chaque espèce a ses propres spécificités. Plus de capacités dynamiques complexes, comme les mouvements intra-manuels, sont observés pour les bonobos et les gorilles que pour les orangs-outans. Les différents modes de vie des espèces peuvent expliquer cette variabilité. En outre, au cours de la tâche complexe d’utilisation d’outils, les humains montrent une meilleure performance que les grands singes et montrent des spécificités. Cette nouvelle approche intégrative montre clairement aussi que les différentes capacités de manipulation des Hominidés ne peuvent pas seulement être une conséquence des différentes morphologies de l’articulation trapézio-métacarpienne, mais aussi des différentes contraintes mécaniques liées à la morphométrie globale de la main. Ces résultats mettent en évidence la difficulté de déduire les capacités manuelles d’espèces fossiles à partir de certaines informations provenant de la forme de l'os, sans tenir compte de la morphométrie globale de la main et de son lien possible avec les contraintes biomécaniques. Cette thèse fournit de nouvelles informations sur les capacités manuelles des Hominidés, sur les différentes contraintes entourant ces capacités, et de nouvelles informations afin de mieux comprendre l'évolution des capacités manuelles chez les primates.


  • Résumé

    Humans are considered to have unique manual abilities in the animal kingdom. However, we still do not know what the real manual abilities of primates are, nor how they evolved. Are humans really unique? This dissertation aims to investigate the manipulative abilities in Hominids related to their hand anatomy and function, using an interdisciplinary framework combining behavioral, morphological, functional, and biomechanical approaches. To quantify the behavioral strategies and manipulative abilities in Hominids, I have conducted an ethological study on different captive great apes and on humans during the same complex tool use task. I used 3D geometric morphometrics and comparative approaches on the trapeziometacarpal complex combined with a musculo-skeletal model to better interpret the behavioral results and to test the link between hand morphometric and biomechanical constraints during tool use in Hominids. The results of this PhD show that great apes demonstrate dynamic manipulative abilities but that each species has its own specificities. More complex dynamic abilities, such as in-hand movements, are observed for bonobos and gorillas than for orangutans. The different lifestyles of the species may explain this variability. Moreover, during the complex tool use task, humans perform better than great apes and show specificities. The new integrative approach also clearly shows that the different manipulative abilities of Hominids cannot only be a consequence of the different morphologies of the trapeziometacarpal joint but also of the different mechanical constraints related to the overall hand morphometric. These results highlight the difficulty to infer manual abilities in fossils from some bone shape information, without taking into account the overall morphometric of the hand and its possible link with biomechanical constraints. This PhD thesis provides new information on the manual abilities of Hominids, on the different constraints surrounding these abilities, and new information to better understand the evolution of manual abilities in primates.

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