Relations entre comportement locomoteur et variation cortico-trabéculaire du plateau tibial chez les primates : analyse quantitative non invasive à haute résolution (SR--µCT) et applications au registre fossile

Relationships between locomotory behaviour and cortico-trabecular variation at the tibial plateau in Primates: noninvasive high-resolution quantitative analysis (SR-µCT) and applications to the fossil record

• Auteur / Autrice : Arnaud Mazurier
• Direction : Roberto Macchiarelli
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Paléontologie des vertébrés
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie chimique, biologique et géologique (Poitiers2000-2008)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées (1896-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tibia

Tissu osseux

Primates

Locomotion

Microtomographie

Résumé

En se basant sur les relations biodynamiques entre fonction et organisation structurale osseuse, des différences dans l'agencement morpho-architectural du plateau tibial sont attendues chez les Primates en raison de la variété des comportements posturaux et locomoteurs. Cependant, la variation de l'endo-structure de cette articulation clé reste peu explorée chez les Mammifères dans une perspective comparative et évolutive. Les objectifs de ce travail sont (i) de détailler et de mesurer, à travers l'imagerie à haute résolution (microtomographie par rayonnement synchrotron SR-µCT), la variation topographique du ''complexe cortico-trabéculaire'' du tibia proximal chez les Primates actuels et (ii) d'évaluer les potentialités de cette approche pour la reconstruction du comportement locomoteur des formes fossiles. L'échantillon analysé consiste en 23 tibias représentant 12 taxons catarrhiniens, Homo inclus. Des cas pathologiques et anormaux (dont celui du macaque japonais ''bipède'') et des Mammifères non primates ont été également considérés. L'analyse quantitative comparative, basée sur la modélisation numérique tridimensionnelle, utilise des techniques issues de la géostatistique. Des modèles différenciés dans la distribution et dissipation des charges à travers la surface articulaire du tibia ont été mis en évidence en fonction du régime locomoteur (bipédie, knuckle-walking, brachiation, quadrupédies terrestre et arboricole); les cas pathologiques et anormaux se distinguent de la variation ''normale''. La découverte d'une signature structurale du tibia proximal liée aux dynamiques posturales et locomotrices ouvre, malgré des problèmes méthodologiques, de nouvelles perspectives dans les recherches paléobiomécaniques. Le tibia néanderthalien La Ferrassie 2, un des 13 hominoïdes et homininés fossiles également examinés dans cette étude (Proconsul, Australopithecus, Paranthropus, Homo), montre des singularités morpho-architecturales par rapport à la condition humaine moderne.

According to the established relationships between biomechanical function and bone structural variation, deep locomotion-related differences in the inner organization of the tibial plateau are expected among the Primates, because of their variety of postural and locomotory behaviours. Nonetheless, the endostructural variation of this key joint remains poorly investigated among the Mammals in a comparative and evolutionary perspective. The goals of this study are (i) to detail and to measure, by means of high-resolution imaging (SR-µCT synchrotron radiation microtomography), the topographic variation of the ''cortico-trabecular complex'' at the proximal tibia in extant Primates, and (ii) to explore the potentialities of this approach as a tool in reconstructing fossil locomotory behaviours. The investigated sample consists of 23 tibias from 12 catarrhine taxa, including Homo. A number of pathological and abnormal cases (including a bipedal-trained Japanese macaque) and of nonprimate Mammals have been also considered. The quantitative analysis, based on tridimensional virtual modelling, utilizes geostatistical methods. Different patterns of load distribution and dissipation at the tibial articular surface have been found in relation to the locomotory modes (bipedalism, knuckle-walking, brachiation, terrestrial and arboreal quadrupedalism); the pathological and abnormal cases are distinct from the ''normal'' variation. The finding of a locomotion-related structural signature at the proximal tibia discloses, despite some methodological problems, new research perspectives in paleobiomechanics. Among the 13 fossil hominoid and hominin specimens additionally considered in this study (Proconsul, Australopithecus, Paranthropus, Homo), the La Ferrassie 2 Neanderthal tibia shows a number of morpho-architectural features distinguished from the extant human condition.