La porzione di scapola dell Uomo di Altamura: estrazione, documentazione e analisi morfologica

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1 La porzione di scapola dell Uomo di Altamura: estrazione, documentazione e analisi morfologica Introduzione L ipotesi di rimuovere una porzione dello scheletro umano di Altamura nasce come conseguenza della decisione della Direzione regionale per i beni culturali e paesaggistici della Puglia e della Soprintendenza per i beni archeologici della Puglia, maturata nel corso del 2008, di avviare un progetto di ricerca multidisciplinare per lo studio e la valorizzazione del contesto di Lamalunga. Tra i diversi progetti proposti e attivati grazie a questa decisione, due apparvero ben presto di grande importanza: la ricerca del DNA dello scheletro umano e la sua datazione. Con una lettera del 26 maggio 2009 uno di noi (MP) chiedeva ai due Enti citati l autorizzazione a effettuare il prelievo di una porzione dello scheletro: inizialmente si pensava all omero o ad un altro elemento osseo fra quelli che erano stati individuati nel piccolo vano retrostante all ambiente in cui giace lo scheletro, la cosiddetta abside dell uomo, a seguito della ricognizione fotografica effettuata nel 1995 (Micheli et alii 1996). La scelta di prelevare un reperto fra questi poggiava su alcune considerazioni: 1) la necessità di ottenere un elemento osseo in cui fosse minima la contaminazione dovuta alla frequentazione umana a partire dalla scoperta dello scheletro, ovvero da oltre 15 anni; 2) l opportunità di non intervenire direttamente sui resti scheletrici contenuti nell abside dell uomo, almeno non prima che fosse realizzato il completo rilievo 3D attualmente in corso di elaborazione; 3) la relativa facilità del prelievo, intrinseca al fatto che i reperti in parola non apparivano in rapporto con concrezioni calcitiche come quelli presenti nell abside. L autorizzazione fu concessa appena il giorno dopo, con rara e apprezzabile rapidità, con una nota della Direzione Regionale datata 27 maggio Con l aiuto degli speleologi del CARS di Altamura, il prelievo venne effettuato nel luglio 2008 direttamente da uno di noi (MM). Nell impossibilità di rimuovere l omero, che si rivelò saldamente concrezionato al suolo, la scelta cadde su un altro frammento osseo in prossimità del primo che venne estratto e immediatamente sigillato in un contenitore sterile. Le operazioni di estrazione del reperto Per quanto riguarda gli aspetti legati alla visione indiretta della scena operatoria, si è adottata una procedura simile a quella impiegata nel 1995 (Micheli et alii 1996) in occasione della prima fase di documentazione del cranio e dei reperti situati nel vano retrostante l abside dell uomo. Già in quella occasione, per realizzare le immagini delle porzioni non documentabili in via diretta, era stato utilizzato un procedimento di tipo video-remoto mediante l impiego di microtelecamere. Giorgio MANZI 1 Mario MICHELI 2 Fabio DI VINCENZO 3 David CARAMELLI 4 Marcello PIPERNO 5 1 Museo di Antropologia Giuseppe Sergi, SA- PIENZA Università di Roma, Piazzale Aldo Moro 5, Roma; giorgio.manzi@uniroma1.it 2 Dipartimento di Studi Storico-artistici Archeologici e della Conservazione, Università degli Studi Roma Tre, Piazza della Repubblica 10, Roma; tel ; mmicheli@uniroma3.it 3 Museo di Antropologia Giuseppe Sergi, SA- PIENZA Università di Roma, Piazzale Aldo Moro 5, Roma; e- mail: fabio.divincenzo@uniroma1.it 4 Dipartimento di Biologia evoluzionistica Leo Pardi, Università degli Studi di Firenze, Via del Proconsolo 12, Firenze; tel ; david.caramelli@unifi.it 5 Facoltà di Lettere e Filosofia, SAPIENZA Università di Roma, Via Palestro 63, Roma; tel ; m.piperno@tin.it 41

2 Fig. 1 - Operazioni di recupero. A) Istallazione del sistema video-remoto realizzato per consentire la visione indiretta della scena operatoria. B) Tele-manipolatore dotato all estremità di ansa regolabile inserito nel vano retrostante la cosiddetta abside dell uomo. C) Una fase della manovra di recupero del reperto. D) Il reperto, ancora trattenuto dall ansa regolabile del tele-manipolatore, viene deposto nella busta sterile protettiva che verrà inserita nel contenitore refrigerato. Nel caso della recente operazione di estrazione, si prevedeva di dover compiere una complessa manovra meccanica che avrebbe consentito la traslazione del reperto prescelto dal vano di deposizione all abside dell uomo, accessibile direttamente. Con riferimento alle immagini riportate in Fig. 1, la procedura adottata è stata la seguente: a. preparazione dell operazione nel vano denominato abside dell uomo; gli operatori hanno predisposto su apposite stuoie sterili gli strumenti operatori e gli altri dispositivi necessari: apparato per la visione, composto da un tele-manipolatore in alluminio e fibra di carbonio dotato all estremità di una micro-telecamera e di una sorgente di luce a basso voltaggio e intensità regolabile; tele-manipolatori per l estrazione, dotati all estremità operatoria di anse manovrabili dall impugnatura e utili per immobilizzare il reperto e per assicurare la sua successiva fuoriuscita dal vano posteriore verso l abside; sterilizzazione dei dispositivi; contenitore sterile e refrigerato per la traslazione del reperto; b. ispezione del vano retrostante l abside dell uomo ed esecuzione di una documentazione fotografica digitale mediante l introduzione nella fessura posta a destra del cranio (che verrà utilizzata durante tutta l operazione come via di ingresso principale per le strumentazioni) di una fotocamera digitale in assetto zenitale, ancorata ad un supporto manovrato dall esterno. c. individuazione del reperto da estrarre. In prima istanza si era ipotizzata l estrazione di un omero (Fig. 2); tale ipotesi è stata abbandonata poiché il reperto si è rivelato ancorato al piano di giacitura mediante ponti di calcite e pertanto non estraibile; si è deciso pertanto di operare il recupero di altro reperto che appariva non saldata al piano di deposizione. d. estrazione del reperto mediante il tele-manipolatore dotato di ansa regolabile; l operazione è stata documentata fotograficamente; e. deposizione immediata del reperto estratto in una busta sterile, posta poi all interno del contenitore refrigerato. 42

3 Fig. 2 - Il vano retrostante l abside dell Uomo. Si notano appoggiati sul suolo: 1) probabile porzione distale di radio sinistro, con evidente frantumazione della componente prossimale a partire dal tratto intermedio della diafisi; 2) omero destro visto da dietro e dal basso, aderente alla concrezione a cavolfiore in primo piano; 3) frammenti ossei, verosimilmente da riferirsi al tratto mancante del radio (1) e/o alla scapola (6); 4) porzione di osso piatto, con ogni probabilità pertinente al corpo della scapola (6); 5) altro frammento osseo; 6) porzione articolare di scapola destra prelevata dal sito. f. traslazione all esterno della grotta del reperto. Hanno collaborato alla operazione di estrazione, partecipando direttamente alle operazioni all interno della grotta: Giovanni Ragone e Nino Reale del CARS di Altamura. Descrizione e analisi morfologica preliminare Una volta estratto dal sistema carsico, portato in superficie e mantenuto all interno dell involucro protettivo sterile, il frammento osseo è stato determinato dal punto di vista anatomico come porzione articolare della scapola destra. Con riferimento alla Fig. 3, sono risultati infatti riconoscibili: la cavità glenoidea, il collo della scapola, una porzione intermedia della spina e le radici sia dell acromion che del processo coracoideo; non si è purtroppo conservato gran parte del corpo scapolare, di cui una porzione è ora riconoscibile in situ grazie ai nuovi rilevamenti fotografici effettuati in occasione del prelievo (Fig. 2) e che potrà essere eventualmente rimossa in seguito. Questo nuovo recupero potrà essere effettuato laddove si evidenzi la necessità di nuovi prelievi per analisi chimico-fisiche e/o biomolecolari, ma anche allo scopo di ricomporre stereolitograficamente una maggior frazione dell osso nel suo insieme. E possibile che tutte le fratture si siano prodotte in antico, ma alcune appaiono fresche, apparentemente recenti. Non si osservano segni di fluitazione o rotolamento, né è d altra parte possibile stabilire se la fratturazione dell osso sia avvenuta ancora in presenza dei tessuti molli del corpo (fase perimortale) o a seguito della scheletrizzazione dello stesso (fase postdeposizionale). In ogni caso, è da rilevare che si tratta di uno dei pochi resti dell uomo di Lamalunga - e, in questa misura, risulta al momento l unico (ad eccezione del radio, identificabile in Fig. 2) - che si presentano frammentari e/o largamente danneggiati. Le implicazioni tafonomiche di questa evidenza potranno essere meglio messe in luce solo a seguito di una completa ricognizione di tutti gli elementi ossei e dentari (vedi Giacobini et alii in questo volume). Da questo punto di vista appare comunque interessante la disposizione topografica della scapola, nei due principali frammenti che la compongono, dell omero omolaterale e di altri elementi ossei più frammentari (Fig. 2) rispetto al resto dello scheletro. Che questi si siano dispersi nel vano retrostante l abside dell uomo comporta una disposizione del corpo che potrebbe dare 43

4 Fig. 3 - La porzione articolare di scapola destra dello scheletro di Lamalunga (riproduzione TC) e relativo confronto; il frammento è ingrandito rispetto all osso integro con un rapporto di scala 2:1. Sono riportati tutti i termini anatomici utilizzati nel testo. Fig. 4 - La porzione di scapola destra oggetto di questo lavoro in norma ascellare (a sinistra) e postero-superiore, riprodotta fotograficamente (in alto; foto P. Ragazzini) e a seguito della ricostruzione TC; si notano la cavità glenoidea, il collo della scapola, le radici di acromion e processo coracoideo, parte della spina scapolare (cfr. Fig. 1). Riferimento metrico 50 mm. Fig. 5 - Sezione virtuale della ricostruzione TC della porzione di scapola di Lamalunga, praticata lungo un piano obliquo rispetto al piano glenoideo (vedi riferimento a sinistra), in modo da attraversare il collo scapolare e le radici di acromion e processo coronoideo; si notano diverse densità radio-opache e lacune della struttura trabecolare dell osso. indicazioni sulla natura e sulla formazione del deposito dei resti paleoantropologici, dunque sulla posizione dell individuo al momento del decesso (in possibile accordo con Pesce Delfino, Vacca 1993; Vacca, Pesce Delfino 2004), ovvero alla disposizione del corpo trasportato in acqua fino al sito di deposizione e di rinvenimento. La porzione di scapola, dopo essere stata prelevata dal sito e determinata dal punto di vista anatomico, è stata conservata presso i laboratori di Antropologia Molecolare/Paleogenetica del Dipartimento di Biologia Evoluzionistica dell Università di Firenze, in condizioni di massima sterilità e temperatura controllata. Questo periodo è stato opportunamente utilizzato per ottenere una documentazione fotografica professionale (foto Paolo Ragazzini) sia per l acquisizione di un completo rilievo tomografico (in seguito TC) del reperto. Per le riprese fotografiche sono state rispettate tutte le procedure di controllo previste dai protocolli sperimentali, atte a evitare contaminazioni da parte di DNA esogeno. Per quanto riguarda il rilievo TC, il reperto conservato all interno dell involucro protettivo sterile, è stato sottoposto a scansione mediante dispositivo CT scanner GE Medical Systems / LightSpeed Ultra 16. Il frammento è stato sezionato ortogonalmente al piano glenoideo, a 170 ma e 140 kv per un tempo di esposizione di 1.32 sec e un angolo di Gantry Tilt di 0. L ampiezza del campo visivo totale (FOV) è risultata di mm con una risoluzione dei pixel di mm. Sono state ottenute 119 slice complessive, con un incremento di passo (distanza tra ogni singola slice) di 0.65 mm, esportate in formato DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) con matrice di risoluzione 512 x 512 pixels. Le volumetrie digitali sono state ottenute dalle DICOM originali per segmentazione mediante ottimizzazione dei livelli di contrasto su scala di grigi tra materiali con differenti valori di densità (metodo del tresholding) e analizzate mediante il software MIMICS 7.0 (Materialise, Leuven, Belgio). Dalla ricostruzione virtuale del reperto è stata ottenuta una riproduzione stereo-litografica tridimensionale ad altissima risoluzione (0.17 mm di slicing) mediante prototipizzazione rapida. Nelle figg. 4 e 5 sono rispettivamente riportati un confronto tra immagini fotografiche e restituzioni virtuali dei dati TC (Fig. 4) e una sezione virtuale del reperto praticata in corrispondenza del collo 44

5 Fig. 6 - Rapporto percentuale tra larghezza e altezza (indice di forma) della cavità glenoidea della scapola e profondità massima della stessa (espressa in mm) in Altamura e nei seguenti campioni: LPN, neandertaliano del Pleistocene Superiore; ASH, ante-neandertaliano del Pleistocene Medio; EUP, anatomicamente moderno del Paleolitico superiore; MHS, moderno recente. Sono indicati i valori medi e i rispettivi campi di variazione. Dati di confronto da Churchill Trinkaus (1990) e da Carrettero et alii (1997). della scapola che taglia obliquamente il piano glenoideo (Fig. 5): in quest ultima sono riconoscibili diversi livelli di densità ossea e lacune della struttura trabecolare del tessuto spugnoso. Com è noto, infatti, l acquisizione dei dati TC offre l opportunità di acquisire informazioni morfologiche relative sia alla forma esterna che alla volumetria interna del reperto. Queste informazioni rimarranno a disposizione per lo sviluppo di successive indagini; una di queste riguarda il rilevamento di semilandmarks lungo il margine (o labbro ) della cavità glenoidea (Di Vincenzo e Manzi, dati non pubblicati). Questo studio consentirà di descrivere e analizzare dettagliatamente la forma del distretto maggiormente diagnostico conservatosi in questa porzione di scapola: la cavità glenoidea. A questo stesso proposito, una prima analisi è stata realizzata utilizzando variabili morfometriche tradizionali e viene qui riportata. Con riferimento al grafico in Fig. 6, le variabili considerate sono la lunghezza, la larghezza e la profondità della cavità glenoidea. Per questa analisi, sono stati utilizzati dati di confronto disponibili in letteratura (Churchill, Trinkaus 1990; Carrettero et alii 1997) riguardanti i seguenti campioni scheletrici: neandertaliano del Pleistocene Superiore (LPN), ante-neandertaliano del Pleistocene Medio proveniente dalla Sima de los Huesos di Atapuerca (ASH), anatomicamente moderno del primo Paleolitico superiore (EUP), moderno recente (MHS). Il risultato della proiezione bivariata (Fig. 6) illustra il rapporto tra larghezza e lunghezza - che fornisce un indice di forma della glenoide - rispetto alla profondità; il grafico mostra la posizione relativa del reperto di Altamura, che cade nel campo di variabilità neandertaliano. Come già noto (Vallois ; Stewart 1962; Trinkaus 1983, 2006; Churchill, Trinkaus 1990), la forma e la profondità della cavità glenoidea si mostrano caratteri diagnostici nel confronto tra Homo neanderthalensis e Homo sapiens: le due unità tassonomiche mostrano infatti una netta separazione per entrambe le variabili considerate, senza sovrapposizioni significative dei rispettivi intervalli. Più in particolare, si osserva che i Neandertal e i loro diretti antenati (ASH, Homo heidelbergensis) hanno glenoidi più allungate e meno profonde di quelle anatomicamente moderne. Ciò fornisce indicazioni interessanti nel caso specifico dello scheletro di Lamalunga che, pur ricadendo fra i valori neandertaliani, si colloca ai limiti del relativo campo di variazione, sopratutto per quanto concerne l indice di forma, ed esternamente a quelli del piccolo campione anteneandertaliano (N = 4). Bibliografia Carretero J.M., Arsuaga J.L., Lorenzo C. 1997, Clavicles, scapulae and humeri from the Sima de los Huesos site (Sierra de Atapuerca, Spain), Journal of Human Evolution 33, pp Churchill S.E., Trinkaus E. 1990, Neandertal scapular glenoid morphology, American Journal of Physical Anthropology 83, pp Giacobini G., Tagliacozzo A., Manzi G., Lo scheletro umano e i reperti faunistici della grotta di Lamalunga: considerazioni tafonomiche, in questo volume. Micheli M., Piperno M., Vacca E., a cura di, 1996, L'Uomo di Altamura e la Grotta di Lamalunga, ABACO, Forlì. Pesce Delfino V., Vacca E. 1993, An Archaic human skeleton discovered at Altamura (Bari, Italy), Rivista di Antropologia 71, pp Stewart T.D. 1962, Neanderthal scapulae with special attention to the Shanidar Neanderthals from Ira, Anthropos 57, Trinkaus E. 1983, The Shanidar Neandertals. New York: Academic Press. Trinkaus E. 2006, Modern human versus Neandertal evolutionary distinctiveness, Current Anthropology 47, pp Vacca E., Pesce Delfino V. 2004, Three-Dimensional Topographic Survey of the Human Remains in Lamalunga Cave (Altamura, Bari, Southern Italy), Collegium Antropologicum 28, pp Vallois H.V , L omoplate humaine: Etude anatomique et anthropologique, Bull. Mem. Societe Anthropol. Paris, Serie 7,9:pp ,10: pp ; Serie 8,3: pp ; Serie 9,7: pp

6 Riassunto - Summary Vengono descritte le fasi di estrazione, di documentazione fotografica e radiologica, oltre a un analisi morfometrica preliminare della porzione di scapola recentemente prelevata ai fini di determinazione genetica e datazione dello scheletro di Lamalunga. Il reperto, estratto in condizioni di massima sterilità per evitare contaminazioni genetiche, è stato sottoposto a completa documentazione fotografica professionale e a rilievo tomografico (TC) allo scopo di preservarne in silico l informazione morfologica. E stato quindi possibile produrre una copia sterolitografica tridimensionale ad alta risoluzione del reperto direttamente dai rilievi TC, utilizzabile per studio (come nel presente lavoro), per finalità museografico-divulgative e per una eventuale ricollocazione in situ. L analisi morfometrica preliminare ha evidenziato come la scapola dell uomo di Altamura ricada ai margini della variabilità neandertaliana. Here we describe the extraction, photographic and radiological documentation, and the results of a preliminary morphometric analysis of the right human scapular fragment that was recently isolated from the Lamalunga cave, near Altamura, with the aim to develop genetic and chronological studies. The bony fragment was removed from the site in complete sterile conditions in order to avoid any possible genetic contamination. A complete professional photographic documentation of the find was taken and a CT scan was performed in order to preserve its morphology in silico. From CT data, a stereolithographic replica of the specimen was obtained and it is now available for research (including the present one), exhibitions and (if the case) its repositioning in situ. The preliminary morphometric analysis clearly shows that the scapula of the Altamura hominin stands alongside the morphospace occupied by Neandertal samples. 46