張弨
人類骨骼的種種跡象表明,相對我們的近親猿類,雙腳直立行走是人類獨有的行為。這一跡象究竟何時出現(xiàn)在我們的進化史中,是目前驅(qū)動人類進化研究或古人類研究的一個基本問題。
智慧進化研究所的特·加沙什維利和克瑞斯汀·卡爾森博士、統(tǒng)計與精算科學智慧學院的高級講師馬克·多德斯韋爾以及法國蒙彼利埃進化科學研究院的研究工程師雷諾·勒本博士共同領(lǐng)導(dǎo)的一個跨學科團隊,試圖利用可視化技術(shù)、工程原理和統(tǒng)計分析來研究長骨結(jié)構(gòu)。
在這項研究中,科學家重點關(guān)注的問題為:
1 在觀察到的或報告的活動項目期間,各對照組(人類、黑猩猩和大猩猩)的跖骨皮質(zhì)厚度和抗彎曲屬性(比如斷面慣性矩)能夠反映出每組是怎樣使用它們的腳嗎?
2 各對照組之間存在低結(jié)構(gòu)變異性的骨干區(qū)域嗎?這些區(qū)域可以在空間上與高結(jié)構(gòu)變異性的骨干區(qū)域區(qū)分開來嗎?
針對這些問題,研究人員提出了有關(guān)古猿的腳、骨結(jié)構(gòu)組織進化的新觀點,并且在連續(xù)厚度分布的可視化方面使用了彩色繪圖。所有的這一切,可以使我們更好地了解長管狀骨骨干的功能形態(tài)學。
有關(guān)這項研究的論文《拇趾跖骨的皮層結(jié)構(gòu)和人類的運動調(diào)整》最初發(fā)表于開源期刊《PLoS One》。在文章中,研究人員記錄了人類和其他猿類腳的差異,并以此為出發(fā)點,調(diào)查在我們的進化史中現(xiàn)代人類的拇趾跖骨結(jié)構(gòu)模式是何時出現(xiàn)的。
除了對現(xiàn)代人體的步態(tài)差異和外觀的關(guān)鍵性進化做了研究外,該方法還將大大推動骨生物學和古人類化石功能形態(tài)的研究。加沙什維利說:“這種方法向骨生物學家和功能形態(tài)學家展示了巨大的研究潛力,尤其是對肢體結(jié)構(gòu)感興趣的人。”
在最初的研究中,該團隊將精力主要集中在與大腳趾連接的足骨軸上,而在現(xiàn)代人類、大猩猩和黑猩猩群體中,大腳趾也被稱為拇趾跖骨。大腳趾在人類行走和奔跑的推進階段起著至關(guān)重要的作用,而對其他猿類動物而言,大腳趾更像大拇指,方便抓握,有利于攀爬和其他樹棲行為。
結(jié)合兩個先前開發(fā)的模式(使結(jié)構(gòu)模式可視化的彩色繪圖技術(shù)和允許這些模式定量檢測的懲罰性判別分析),該團隊得到了一個有關(guān)不同使用方式下腳趾結(jié)構(gòu)性差異的綜合記錄??柹f:“這項研究是針對一項技術(shù)的范例原理驗證分析,可以通過引入一種新的長管狀骨軸分析方法,推進骨生物學和功能形態(tài)學的常規(guī)研究。我們的初始研究已經(jīng)記錄了人類、黑猩猩和大猩猩令人激動的結(jié)構(gòu)性差異,可以基于它們對步態(tài)差異進行預(yù)測。目前,我們正在急切地追溯這些結(jié)構(gòu)性差異在進化過程中出現(xiàn)的時間?!?/p>
多德斯韋爾說:“生物研究,如對遺傳學和大腦的研究,越來越普遍地利用基本過程離散化或分區(qū)獲得的數(shù)據(jù)來處理問題。人類管狀骨的連續(xù)性特征就是一個很好的例子,充分證明了可視化模式是如何通過提供形式與功能關(guān)系的不同信息,來區(qū)分群體和群體內(nèi)出現(xiàn)的變化?!?/p>