古脊椎所将几何形态测量应用于古人类学研究取得系列进展

2010-9-03 00:00 来源: 中国科学院
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  长期以来,对人类骨骼牙齿的研究主要依靠形态描述、测量数据分析和微观组织观察等。这些方法一直是演化及分类学研究的基础,在未来的研究中仍将发挥主导作用。然而,由于人类骨骼和牙齿自身的特点,上述传统方法无法提取标本蕴藏的更多信息。如头骨、肢骨和牙齿的形状轮廓、对称性、骨骼或牙齿不同组成部分的排列关系等。此外,骨骼和牙齿都是占有三维空间的物体,传统方法无法获得标本表面突起、凹陷、曲度,以及一些重要解剖部位的在三维空间的分布的信息。近10 余年来,几何形态测量(geometric morphometric)作为一种新的生物形态分析方法发展迅速。这种基于对样本标志点的分析方法,在数字摄影和图像分析技术的配合下,能够揭示传统的形态观察和线性测量无法采集的样本形状、轮廓对称性、不同部位的排列和相对大小比例关系等方面的信息,使得量化分析复杂的形态特征成为可能,在古生物学和古人类学研究中逐渐开始发挥日益重要的作用。

  近两年来,中科院古脊椎动物与古人类研究所博士研究生邢松在导师刘武研究员指导下,系统学习并掌握了几何形态测量的研究方法,与国内外同行合作对古人类化石和现代人标本开展了多方面的研究,取得了系列进展。在古人类化石方面,完成了对周口店直立人下颌前臼齿齿冠形态结构及其变异、湖北建始更新世早期人类牙齿齿冠形状、山东沂源人牙齿形态特征、中国更新世中-晚期人类上颌第一臼齿齿尖大小、齿冠外轮廓形状和齿沟走向等研究。其中,对周口店直立人下前臼齿的研究发现周口店直立人P3和P4齿冠保留了许多早期人类的原始特征, 包括齿冠舌侧不对称、明显的颊侧近、远中垂直沟等。同时还存在明显的内部变异,主要包括程度不同的颊侧近、远中垂直沟、轮廓对称性、齿尖区相对于外轮廓的分布位置和跟座的大小比例。对比分析显示,周口店直立人下前臼齿与欧洲更新世中期人类有相似的特征,但两者之间的差别更大。邢松与刘武研究员及南非古人类学家Clarke教授合作,对分类地位存在争议的三枚建始更新世早期人类牙齿齿冠形状进行了研究,并与世界范围内不同时代古人类和现代人类牙齿齿冠形状进行了对比分析。这项研究发现建始人齿冠轮廓、对称性以及齿尖排列与亚洲更新世早期和中期古人类的同类牙齿形状接近。该研究未发现建始人牙齿齿冠形状明显不同于其它中国直立人,而与南方古猿及非洲早期人属成员特别相似的证据。这两项研究成果已经分别发表于《科学通报》和《中国科学》。此外,邢松还承担了南京汤山直立人颅内模几何形状和广西崇左古人类下颌骨化石断面曲度的分析,相关论文即将在国外杂志发表。

  在现代人牙齿研究方面,邢松与湖北省文物考古研究所周蜜等国内同行合作对中国近代和现代人群臼齿齿冠及齿尖绝对和相对面积、上颌和下颌前臼齿齿冠轮廓形状及其变异等开展了研究。其中,对近代和现代中国人群上、下颌臼齿齿冠和齿尖面积的研究提供了可靠的现代中国人群臼齿大小数据。尤其首次调查了上、下颌臼齿各齿尖相对面积及异速生长的情况,为古人类学研究积累了重要的基础数据。对前臼齿齿冠轮廓形状和变异的研究揭示了现代人群上、下颌各前臼齿齿冠轮廓形状类型、对称性、齿尖排列、异速生长等方面的信息。此外,邢松还建立了准确分析人类骨性眼眶形状的方法,并对采集的非洲、欧洲和亚洲世界各主要人群眼眶形状差异情况进行研究。

  上述这些研究拓展了中国古人类学和体质人类学的研究领域,引起国内外同行的关注,有力地配合了研究所的科研工作,为相关课题研究做出了重要贡献。

图1:前臼齿几何形态测量分析

图2:采用几何形态测量方法研究古人类牙齿轮廓形状