L'espèce de Lucy a habité l'Afrique de l'Est il y a plus de trois millions d'années - "Lucy" elle-même est estimée à 3,2 millions d'années - et occupe une position clé dans l'arbre généalogique des hominidés, comme il est largement accepté comme étant l'ancêtre de tous les hominidés ultérieurs, y compris la lignée menant aux humains modernes.

"Lucy et sa famille fournissent des preuves importantes sur le comportement précoce des hominidés - ils marchaient debout, avaient des cerveaux environ 20 pour cent plus gros que ceux des chimpanzés, et peut avoir utilisé des outils de pierre tranchants, " explique le coauteur Zeresenay Alemseged (Université de Chicago), qui dirige le projet de terrain Dikika en Éthiopie et est un affilié de recherche international avec l'Institut des origines humaines.

Les cerveaux ne se fossilisent pas, mais à mesure que le cerveau grandit et se dilate avant et après la naissance, les tissus entourant sa couche externe laissent une empreinte à l'intérieur de la boîte crânienne osseuse. Le cerveau des humains modernes est non seulement beaucoup plus gros que celui de nos plus proches parents singes vivants, mais il est également organisé différemment et prend plus de temps à grandir et à mûrir. Par rapport aux chimpanzés, les nourrissons humains modernes apprennent plus longtemps et dépendent entièrement des soins parentaux pendant de plus longues périodes. Ensemble, ces caractéristiques sont importantes pour la cognition humaine et le comportement social, mais leurs origines évolutives restent floues.

Les tomodensitogrammes ont abouti à des "endocasts" numériques à haute résolution de l'intérieur des crânes, où la structure anatomique du cerveau pourrait être visualisée et analysée. Sur la base de ces endocasts, les chercheurs ont pu mesurer le volume du cerveau et déduire des aspects clés de l'organisation cérébrale à partir des impressions de la structure du cerveau.

Une différence clé entre les singes et les humains concerne l'organisation du lobe pariétal du cerveau - important dans l'intégration et le traitement des informations sensorielles - et du lobe occipital dans le centre visuel à l'arrière du cerveau. L'endocast exceptionnellement conservé de "Selam, " un crâne et le squelette associé d'un Australopithèque afarensis nourrisson trouvé à Dikika en 2000, a une impression sans ambiguïté du sillon lunaire - une fissure dans le lobe occipital marquant la limite de la zone visuelle qui est plus proéminente et située plus en avant chez les singes que chez les humains - dans une position semblable à celle des singes. Le scan de l'empreinte endocrânienne d'un adulte A. afarensis fossile de Hadar (A.L. 162-28) révèle une impression auparavant non détectée du sillon lunaire, qui est également dans une position de singe.

Certains scientifiques avaient supposé que la réorganisation cérébrale humaine chez les australopithes était liée à des comportements plus complexes que ceux de leurs parents grands singes (par exemple, fabrication d'outils en pierre, mentaliser, et communication vocale). Malheureusement, le sillon lunaire ne se reproduit généralement pas bien sur les endocasts, il y avait donc une controverse non résolue sur sa position dans Australopithèque .

"Un point culminant de notre travail est de savoir comment la technologie de pointe peut éclaircir les débats de longue date sur ces fossiles vieux de trois millions d'années, " note le co-auteur Kimbel. " Notre capacité à " scruter " les détails cachés de la structure des os et des dents avec des tomodensitogrammes a véritablement révolutionné la science de nos origines. "

Une comparaison des volumes endocrâniens des nourrissons et des adultes indique également une croissance cérébrale prolongée plus semblable à celle d'un humain dans Australopithèque afarensis , probablement critique pour l'évolution d'une longue période d'apprentissage de l'enfance chez les hominidés.

Chez les nourrissons, Les tomodensitogrammes de la dentition permettent de déterminer l'âge au décès d'un individu en comptant les raies de croissance dentaire. Semblable aux anneaux de croissance d'un arbre, des sections virtuelles d'une dent révèlent des lignes de croissance incrémentielles reflétant le rythme interne du corps. En étudiant les dents fossilisées du nourrisson Dikika, les experts dentaires de l'équipe ont calculé un âge au décès de 2,4 ans.