應(yīng)用ROC分析獼猴掌跖骨性差

趙哲+王鳳產(chǎn)+胡鳳霞+田華香+趙曉進(jìn)

摘 要 為用ROC分析獼猴掌跖骨的性差大小，取成年獼猴掌骨標(biāo)本44例（14雄，30雌），跖骨標(biāo)本45例（14雄，31雌）.選擇掌跖骨長(zhǎng)度和骨干橫徑2個(gè)變量進(jìn)行測(cè)量.數(shù)據(jù)分析采用SPSS 20.0軟件.統(tǒng)計(jì)處理采用邏輯回歸和ROC分析.結(jié)果表明：兩側(cè)掌跖骨長(zhǎng)度性差較大，ROC曲線下面積（AUC）變化范圍為0.917～0.994；側(cè)別之間的性別差異較??；掌跖骨長(zhǎng)度的性差明顯大于骨干橫徑性差；ROC分析顯示5根掌跖骨的長(zhǎng)度性差大小不同，兩側(cè)的掌骨性差明顯大于跖骨.結(jié)果提示：獼猴掌跖骨性差顯著，掌跖骨的長(zhǎng)度變化主要受基因控制，骨干橫徑主要受到環(huán)境因素的影響.掌跖骨性差模式可能與人類明顯不同，可能很好地反映了遺傳與環(huán)境因素的交互作用.

關(guān)鍵詞 獼猴；掌跖骨；性差；ROC分析

中圖分類號(hào) Q954.61 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1000-2537（2015）03-0029-05

由于靈長(zhǎng)類骨骼化石非常稀少，目前主要是根據(jù)對(duì)現(xiàn)生靈長(zhǎng)類的骨骼進(jìn)行研究，然后將其結(jié)果應(yīng)用于靈長(zhǎng)類化石的研究中[1].利用部分骨骼變量來(lái)推斷個(gè)體性別的技術(shù)日趨成熟，包括使用一些較小的骨骼，例如鎖骨[2]、跟骨[3]、掌骨和跖骨[4-5].

本文研究目的是通過(guò)邏輯回歸模型和ROC分析方法來(lái)比較獼猴掌跖骨的各個(gè)變量之間、左右側(cè)別之間、5根掌跖骨之間以及掌骨與跖骨之間的性差大小.目前有關(guān)掌跖骨的性差研究國(guó)外資料較多[6-9]，而國(guó)內(nèi)資料較少[4-5]；采用單因素和多元回歸分析較多[10-12]，采用ROC分析和邏輯回歸分析較少[6]；掌骨研究較多[11-12]，跖骨研究較少[5].本研究可積累非人靈長(zhǎng)類骨骼性差數(shù)據(jù)，豐富國(guó)內(nèi)非人靈長(zhǎng)類掌跖骨性差資料，為靈長(zhǎng)類化石性別鑒定或種屬識(shí)別奠定基礎(chǔ).

1 材料和方法

獼猴掌跖骨標(biāo)本來(lái)自河南省北部的太行山獼猴自然保護(hù)區(qū).

成年掌骨標(biāo)本44例（14雄，30雌），跖骨標(biāo)本45例（14雄，31雌）.標(biāo)本的性別是已知的，年齡根據(jù)牙齒萌發(fā)和掌骨骨骺愈合情況來(lái)確定.所有標(biāo)本是左右成對(duì).選擇健康無(wú)病、形態(tài)發(fā)育正常的掌跖骨標(biāo)本進(jìn)行測(cè)量.選擇掌跖骨的最大長(zhǎng)和骨干橫徑進(jìn)行測(cè)量[4，6]，測(cè)量工具采用0～150 mm電子數(shù)顯卡尺，精度：0.01 mm.骨骼標(biāo)本保存在河南師范大學(xué)生物標(biāo)本館.

為了便于描述，掌跖骨的縮寫字母分別用MC和MT表示，根據(jù)它們的排列順序從拇指到小指依次標(biāo)識(shí)為MC1（MT1），MC2（MT2），MC3（MT3），MC4（MT4）和 MC5（MT5）.掌跖骨最大長(zhǎng)為L(zhǎng)G，掌跖骨中間橫徑為MW.這里選擇MW是因?yàn)楦鶕?jù)資料它們可以作為骨干粗壯度的指標(biāo)[13]，左右側(cè)別標(biāo)識(shí)是在掌跖骨縮寫字母前面加上“L”或“R”.例如，縮寫字母為：LG（LMC3），表示左側(cè)第三掌骨的最大長(zhǎng).

所有測(cè)量數(shù)據(jù)采用SPSS 20.0進(jìn)行分析.

ROC分析通常用于臨床疾病診斷.ROC曲線能很容易地查出測(cè)試組的臨界值[14].可將各個(gè)測(cè)試組的ROC曲線繪制到同一坐標(biāo)中，分別計(jì)算各個(gè)測(cè)試組的ROC曲線下面積（AUC），哪一組的AUC最大，說(shuō)明哪一組的診斷價(jià)值最佳.在比較掌骨和跖骨的性差大小時(shí)，首先用5根掌骨長(zhǎng)度和5根跖骨長(zhǎng)度做二元邏輯回歸，將得到的回歸結(jié)果做ROC分析.便于整體上比較掌跖骨的性差大小.

2 結(jié)果

2.1 兩側(cè)掌跖骨性差

5根LG（MC）性差的側(cè)別比較見表1（左半部分）和圖1（上半部分）.結(jié)果表明：總體上ROC曲線下的面積（AUC）較大，變化范圍為0.906～0.994，側(cè)別之間的AUC差別較小.5根LG（MT）性差比較見表1（右半部分）和圖1（下半部分）.結(jié)果表明：總體上比掌骨性差小一些，AUC的變化范圍為0.872～0.940；除了RMT3（AUC=0.940）外，都是MC的AUC大于MT的AUC.掌跖骨長(zhǎng)度的性差在左右兩側(cè)之間差異較小.

2.2 掌跖骨LG與MW性差

由于左右側(cè)掌跖骨變量的差異較小，統(tǒng)計(jì)采用左右側(cè)掌跖骨變量合并計(jì)算.比較結(jié)果見圖2（A，B）.很明顯無(wú)論是掌骨還是跖骨，LG的性差明顯大于MW.其他的掌跖骨的LG與MW比較結(jié)果與MC3和MT3類似，不再贅述.

2.3 5根掌跖骨性差

用ROC分析5根LG（MC）的性差大小，結(jié)果見圖2C.LG（MC5）的性差最大（AUC=0.968），最小的是LG（MC2）（AUC=0.917）.5根LG（MT）性差大小見圖2D.LG（MT3）的性差最大（AUC=0.926），最小的是MT2（AUC=0.881）.圖3 左側(cè)（A）和右側(cè)（B）掌跖骨長(zhǎng)度性差ROC分析（虛線：掌骨，實(shí)線：跖骨）

2.4 掌骨與跖骨性差

將5根掌骨LG和5根跖骨LG邏輯回歸結(jié)果進(jìn)行ROC分析.結(jié)果顯示無(wú)論是左側(cè)還是右側(cè)，掌骨性差明顯大于跖骨性差（見圖3）.本文得到的AUC較大主要是由于采用了5根掌骨LG和5根跖骨LG多元邏輯回歸的結(jié)果.

3 討論

結(jié)果顯示太行山獼猴掌跖骨變量性差顯著，證明通過(guò)邏輯回歸和ROC分析可以有效地識(shí)別個(gè)體的性別.許多文獻(xiàn)支持此結(jié)果[9，15]，如McFadden等[15-16]報(bào)道了狒狒、大猩猩和黑猩猩掌跖骨相對(duì)長(zhǎng)度的性差.結(jié)果證明掌跖骨長(zhǎng)度的性差主要受遺傳基因的控制，同時(shí)也受出生前的胚胎發(fā)育環(huán)境和出生后性激素釋放的影響.

3.1 兩側(cè)掌跖骨性差

ROC分析結(jié)果顯示側(cè)別之間的AUC沒有顯著性差異.原因可能是：（1）兩側(cè)掌跖骨發(fā)育是否對(duì)稱取決于運(yùn)動(dòng)類型和日常行為活動(dòng)的影響，兩側(cè)掌跖骨LG無(wú)性差，說(shuō)明在日常的行為習(xí)慣上沒有差異.這個(gè)結(jié)果與Barrio等[17]報(bào)道的雅典人和Kusec等[18]報(bào)道的克羅地亞人掌骨性差研究結(jié)果一致.他們兩側(cè)掌骨具有很高的對(duì)稱性，推測(cè)他們兩手的使用是一致的.（2）獼猴在本質(zhì)上不存在人類所特有的利手現(xiàn)象[19]，所以人類與獼猴兩側(cè)掌跖骨性差模式可能不同.有資料顯示人類右手具有更大的性差[20].Alicioglu等[13]認(rèn)為由于人類存在利手現(xiàn)象，所以在研究掌骨時(shí)應(yīng)嚴(yán)格限制在左手，目的是盡量減少一些行為活動(dòng)對(duì)性差的影響.（3）在一些大型的猿類是否在種群水平上存在利手現(xiàn)象仍存在較多的爭(zhēng)議[20].Sarringhaus等[19]研究了黑猩猩的的MC2是否存在側(cè)別差異.結(jié)果表明MC2雖然是右側(cè)大于左側(cè)，但是沒有達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.（4）采用不同的統(tǒng)計(jì)方法和不同的掌跖骨變量結(jié)果可能有所不同，但是總體上掌跖骨側(cè)別差異較小，不會(huì)像人類那樣顯著.掌跖骨的形態(tài)主要取決于力量控制和精確協(xié)調(diào)，包括會(huì)受到同側(cè)和交叉肢體長(zhǎng)骨的影響[20].（5）本文結(jié)果提示采用掌跖骨進(jìn)行性別鑒定時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)一側(cè)骨骼增生、變形或缺失，可以采用另一側(cè)的骨骼來(lái)替代，一般不會(huì)影響統(tǒng)計(jì)結(jié)果.另外，根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，為了增加統(tǒng)計(jì)結(jié)果的穩(wěn)定性和樣本數(shù)目，可以在統(tǒng)計(jì)時(shí)將兩側(cè)的掌跖骨標(biāo)本進(jìn)行合并[6].

3.2 掌跖骨LG和MW性差

許多研究結(jié)果表明掌跖骨的不同變量性差不同[4-6].Scheuer等[10]對(duì)英國(guó)人掌骨上不同變量的性差大小進(jìn)行研究，結(jié)果顯示掌骨MW的性差最大，其次是MC底寬和頭寬，LG的性差最小.Khanpetch等[6]用ROC分析研究了泰國(guó)人的掌骨性差.結(jié)果顯示MW（LMC3）性差較大（AUC=0.843）.LG（LMC3）性差較?。ˋUC=0.790）.本文研究結(jié)果顯示掌骨LG性差明顯大于跖骨MW.提示人類和獼猴掌跖骨變量的性差模式可能不同.結(jié)果分析：（1）Sarringhaus等[19]報(bào)道人類和非人靈長(zhǎng)類掌骨的形態(tài)存在明顯差異，這是由行為活動(dòng)的差異造成的，例如，運(yùn)動(dòng)類型、行走姿態(tài)、抓握精度及準(zhǔn)確度等.（2）骨骼長(zhǎng)度的生長(zhǎng)主要受遺傳基因的影響，掌骨MW等變量反映了掌骨的粗壯度特征，主要受到后天行為活動(dòng)的影響[11].（3）掌跖骨的LG和MW都存在一定程度的性差，都可以單獨(dú)使用來(lái)輔助鑒定個(gè)體的性別，如果結(jié)合一起使用，性別判別效果會(huì)更好[4-5].（4）一般情況下，掌跖骨LG具有生長(zhǎng)周期較短、容易測(cè)量及性差顯著的特點(diǎn)，很少受到環(huán)境機(jī)械刺激或年齡因素的影響，所以在人類研究中也是性別判別的最佳變量和最常用變量.（5）人類與獼猴掌跖骨變量性差模式不同，主要?dú)w結(jié)于遺傳、環(huán)境和行為活動(dòng)等因素的交互作用.

3.3 5根掌跖骨性差比較

總體上5根掌跖骨之間的性差是不同的，但是差別較小.獼猴掌跖骨長(zhǎng)度性差從大到小的排序：MC5，MC1，MC4，MC3，MC2；MT3，MT1，MT4，MT5，MT2.這與人類5根掌跖骨之間性差大小的報(bào)道不同[20]，甚至與某些非人靈長(zhǎng)類的掌跖骨研究結(jié)果也不同.McFadden等[15]報(bào)道了大猩猩和黑猩猩掌跖骨長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)，5根掌跖骨性差從大到小排序分別是：MC2，MC5，MC3，MC4，MC1；MT5，MT4，MT2，MT3，MT1.總體上黑猩猩的掌跖骨性差明顯小于大猩猩.他們同時(shí)指出，無(wú)論是大猩猩還是黑猩猩，可能都和人類一樣，掌跖骨在早期生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)明顯受到性激素的調(diào)控[15].Case等[20]根據(jù)美國(guó)人掌跖骨標(biāo)本得出結(jié)果顯示LG（MC3）性差最大，其次是LG（MC2），最小的是LG（MC1）；他們認(rèn)為：（1）LG（MC1）性差較小可能與他們的絕對(duì)值較小有關(guān)，另外可以解釋為在LG（MC1）的使用中性別之間沒有明顯差異；（2）掌跖骨LG性差顯著，可以有效地識(shí)別個(gè)體的性別，但是不一定是性別鑒定的唯一指標(biāo)或最佳選擇.以前許多文獻(xiàn)都證明了這一點(diǎn)，例如人類（包括一些非人靈長(zhǎng)類）遠(yuǎn)側(cè)段指骨的性差常常大于掌骨[20].人類掌骨性差最大的是MW[20]；另外掌骨LG性差明顯小于掌骨體積的性差[22]；無(wú)論對(duì)于人類還是非人靈長(zhǎng)類，在用掌跖骨變量進(jìn)行性別判別時(shí)，常常是LG和其他粗壯度變量結(jié)合使用，效果更好[20].（3）掌跖骨的絕對(duì)LG性差與他們相對(duì)LG性差大小相比，相對(duì)值性差可能會(huì)比絕對(duì)值性差具有更大的應(yīng)用價(jià)值[15-16].因?yàn)橄鄬?duì)長(zhǎng)度的性差不受個(gè)體形態(tài)大小或變量大小的影響，而且很有可能與胚胎早期發(fā)育和一些疾病的發(fā)生有密切的聯(lián)系.文獻(xiàn)顯示出生前胚胎環(huán)境比出生后環(huán)境因素對(duì)骨骼長(zhǎng)度的影響更小.但是如果出生前環(huán)境中性激素水平異常，就會(huì)導(dǎo)致掌跖骨長(zhǎng)度早期發(fā)育出現(xiàn)異常[8].

3.4 掌骨與跖骨性差比較

總體上，獼猴掌骨性差大于跖骨.Case等[20]對(duì)歐美人掌跖骨長(zhǎng)度的性差進(jìn)行研究，結(jié)果顯示掌骨性差大于跖骨，但未解釋產(chǎn)生這一差異的原因.McFadden等[16]對(duì)狒狒的掌跖骨LG和質(zhì)量采用效應(yīng)值來(lái)計(jì)算性差大小，結(jié)果發(fā)現(xiàn)掌骨LG的效應(yīng)值是3.0～3.7，跖骨LG的效應(yīng)值是4.1～4.9.表明非人靈長(zhǎng)類跖骨性差大于掌骨.如果采用相對(duì)LG進(jìn)行性差比較，則LG（4MT）∶LG（5MT）性差最大.Tague[9]報(bào)道了17種非人靈長(zhǎng)類掌跖骨LG的性差，發(fā)現(xiàn)一些靈長(zhǎng)類的掌跖骨LG性差非常顯著，也有一些種屬掌跖骨LG沒有性差.他們報(bào)道了食蟹猴（Macaca fascicularis）掌跖骨LG的性差大小，結(jié)果顯示5根掌跖骨的性差都有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.001）.5根掌骨LG與所對(duì)應(yīng)的5根跖骨LG性差幾乎相等.趙曉進(jìn)等[23-24]研究顯示獼猴掌跖骨LG性差模式不同，認(rèn)為主要與獼猴掌跖骨的生活習(xí)性、使用頻率、活動(dòng)范圍和靈活程度等有關(guān).還有一種掌跖骨性差大小不同的解釋是由于跖骨的形態(tài)具有明顯的弓形結(jié)構(gòu)，所以用X射線測(cè)量時(shí)，沒有像測(cè)量掌骨LG那么準(zhǔn)確[5].本文采用直接測(cè)量法，且跖骨的彎曲程度并不是很明顯，所以不支持上述解釋.掌跖骨性差模式不同可能是獼猴掌跖骨的性差特征之一.綜上所述，作者認(rèn)為影響掌跖骨性差大小的因素主要有統(tǒng)計(jì)方法、種屬差異、運(yùn)動(dòng)類型、體位、行為習(xí)慣和使用頻率等.

總之，研究靈長(zhǎng)類掌跖骨的性差可能會(huì)為動(dòng)物種屬之間的相互關(guān)系提供豐富信息，促進(jìn)掌跖骨在其他靈長(zhǎng)類和哺乳動(dòng)物研究中更深入地應(yīng)用.

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（編輯 王 健）