人类四肢骨长随纬度变化，却不都与直接自然选择相一致 | PNAS 论文推荐
长或短？粗或细？研究显示许多因素影响四肢的尺寸。
来源 University of Tennessee at Knoxville
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60 多年来，科学家们推测，一个人的身体形状和大小会受到其居住地气候的影响。现在田纳西大学的一项新的研究表明，有更多因素参与其中。
这篇论文的共同作者之一是 Kristen Savell，人类学系的三年级博士生。该论文是最早证明自然选择塑造了全球人类四肢差异的研究之一。
这项研究发表于2016年8月1日的 PNAS 上。和 Savell 共同作者的还有两位人类学副教授 Benjamin Auerbach 和 Charles Roseman，前者来自田纳西大学，后者则来自伊利诺伊大学厄本那香槟分校。
该研究表明，手臂和腿部的长骨并非如先前认为的那样独立进化。相反地，“它们都在以我们尚不知晓的方式共同进化着”，Savell 说。
自20世纪中晚期，科学家们推测人类对与环境的适应基于地理纬度，让散热效率最有益。处于温暖气候的人群往往四肢修长、身体较窄，而生活在寒冷气候中的人四肢较短、体型更宽。这些理论基于19世纪发展的两条科学法则，今天我们称之为伯格曼法则（Bergmann's Rule）和艾伦法则（Allen‘s rule）
研究人员利用四个地理区域的人群，研究了身体比例和纬度之间的关系。研究人群分别是：撒哈拉以南的非洲，北非，温带欧洲和北极。
Savell 和同事们选用了同样的分组别以获得对比数据。他们比较了14个人群，包括 400 多个个体的四块骨骼——肱骨（上臂），桡骨（前臂），股骨（大腿），胫骨（小腿）——的长度变异，以及股骨头直径和骨盆宽度。
他们发现两块骨骼——前臂桡骨和小腿胫骨——以及整体体型，似乎都直接受自然选择而进化，在高纬度下生活的人的这些骨骼更短、体型更圆。
但是，手臂（肱骨）和大腿（股骨）的增长不仅是自然选择的直接结果。股骨完全没有因定向自然选择而改变长度。Savell 和他的同事还发现，单是自然选择就导致了肱骨在有寒冷气候的高纬度地区增长。这一发现违背了伯格曼和阿伦法则的，因为按照这两项法则，自然选择导致在高纬度地区手臂缩短。Savell 和同事们发现，这是因为胫骨、桡骨和肱骨之间存在遗传关联。由于胫骨和桡骨对自然选择的响应，加上它们与肱骨的遗传关联，压倒了肱骨本身受到的自然选择的直接影响。
A 为由经典学说中的直接的自然选择压力所预测的结果。（B）是实际测量得到的结果。箭头代表在由假说预测 A 和实际测量 B 的人群在撒哈拉以南的非洲以及更高纬度地区四肢随纬度的变化趋势。向内的箭头表示更短或更窄，向外则表示更长或更宽。虚线代表无显著变化。B 内红色虚线和箭头代表的是这些特征趋势的测量结果与根据自然选择压力预测出的结果不符。
该研究支持了，有多种力量，包括遗传关联的性状之间相互作用，加上环境主导的自然选择作用，共同影响人类的体型和大小。
“即使进化格局符合期望，其背后的过程可能并非如此”，Savell 说。“重要的是，所有的生物学家和人类学家们应当意识到不同测量值之间是如何共同变异的。同样重要的是，我们不仅要研究自然界里观察到的格局，也要去理解这些格局背后的过程。”
Savell 指出，她和合作者们指的是在进化尺度上的四肢骨骼长度变化，因此他们的数据并不适用于人与人之间的个体差异。
“我们正在研究的是对纬度的适应性——纬度也是气候的替代指标——这种适应性早就在影响一代代人的身体比例了”，她说。
原文链接：http://phys.org/news/2016-08-tall-short-thick-thin-factors.html
论文基本信息
题目 Constraint,natural selection, and the evolution of human body form
作者 Kristen R. R. Savella, Benjamin M.Auerbacha, Charles C. Roseman
期刊 Proceedings ofthe National Academy of Sciences
发表日期 01 August 2016
DOI:10.1073/pnas.1603632113
摘要
Variation inbody form among human groups is structured by a blend of natural selectiondriven by local climatic conditions and random genetic drift. However, attemptsto test ecogeographic hypotheses have not distinguished between adaptive traits(i.e., those that evolved as a result of selection) and those that evolved as acorrelated response to selection on other traits (i.e., nonadaptive traits),complicating our understanding of the relationship between climate andmorphological distinctions among populations. Here, we use evolutionaryquantitative methods to test if traits previously identified as supportingecogeographic hypotheses were actually adaptive by estimating the force ofselection on individual traits needed to drive among-group differentiation. Ourresults show that not all associations between trait means and latitude werecaused by selection acting directly on each individual trait. Although radialand tibial length and biiliac and femoral head breadth show signs of responsesto directional selection matching ecogeographic hypotheses, the femur wassubject to little or no directional selection despite having shorter values bylatitude. Additionally, in contradiction to ecogeographic hypotheses, thehumerus was under directional selection for longer values by latitude.Responses to directional selection in the tibia and radius induced anonadaptive correlated response in the humerus that overwhelmed its owntrait-specific response to selection. This result emphasizes that meandifferences between groups are not good indicators of which traits areadaptations in the absence of information about covariation amongcharacteristics.
链接 http://www.pnas.org/content/early/2016/07/27/1603632113
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