Functional insights from an exploration of the inner structure of the patella : new perspectives for the study of the hominin fossil record

Abstract

This contribution is a short review of the functional significance of the patella in extant catarrhines and extinct hominins and of current functional, adaptive and evolutionary- related questions concerning the fossil hominin record. The patella plays a key functional role in the knee joint and thus reflects habitual postural and locomotion modes. However, patellar remains are rare in the hominin fossil record and it is still unclear whether and how their differences in shape and proportions compared to extant humans affect knee kinesiology. Here, we illustrate with a first example from a sample of human, Pan, Papio and Neanderthal patellae that the development of a “whole-bone” endostructural analysis has the potential to provide relevant functional information for reconstructing the knee loading environment in fossil taxa, combined, whenever necessary, with a subsampling approach. This method relies on the plastic nature of the cortical and trabecular bony tissues and the modelling and remodelling dynamics during life to adjust structurally to the site-specific loading environment. This kind of information would bring new contributions not only to ongoing discussions on the evolutionary forces that shaped the knee joint in association with postural and locomotor adaptations, but also to the tentative taxonomic identification of isolated fossil specimens..

Cette contribution est une courte revue littéraire sur le rôle fonctionnel de la patella chez les catarrhiniens actuels et les hominines fossiles et les questions fonctionnelles, adaptatives et évolutives concernant le registre des hominines fossiles. En effet, la patella joue un rôle clé dans l’articulation du genou, reflétant postures et modes locomoteurs. Cependant, les vestiges patellaires sont rares dans le registre des hominines fossiles et l’impact possible sur la kinésiologie du genou des différences de formes et de proportions par rapport à la condition humaine actuelle reste toujours incertain. Illustré par le premier exemple sur un échantillon d’une patella d’un humain, d’un chimpanzé, d’un babouin et d’un représentant Néanderthal, étant donné le caractère plastique des tissus cortical et trabéculaire et les dynamiques de modelage et remodelage osseux au cours de la vie pour s’adapter à l’environnement local des charges, le développement d’une étude holistique de l’endostructure de la patella, ponctuellement accompagnée d’une approche de sous échantillonnage lorsque nécessaire, pourrait permettre de révéler des informations fonctionnelles pour la reconstruction de l’environnement des charges du genou chez les taxons fossiles. De telles informations peuvent enrichir la discussion sur les forces évolutives ayant configuré l’articulation du genou en relation avec les modes posturaux et locomoteurs. Elle pourrait également contribuer à l’identification taxinomique de spécimens fossiles isolés.