智人化石胸腔揭示现代人类演化新视角：气候驱动的形态变异性

为解决现代人类纤细体型是原始还是衍生状态的争议，研究人员通过3D重建Nazlet Khater 2、Ohalo II H2等化石智人胸腔，结合几何形态计量学分析。结果表明：化石智人胸腔具有典型globular（球状）比例，且大小与形状受气候影响——温暖/温带地区个体（如Nazlet Khater 2）呈现较小圆柱形胸腔，寒冷地区（如Dolni Vestonice 13）则为宽阔大型胸腔；Otzi的混合特征则与高山季节性迁徙适应相关。该研究颠覆了H. sapiens单一Bauplan（体型构型）假说，揭示人类解剖变异性高度依赖环境背景，为理解现代人类演化提供关键证据。

　　

论文解读

人类演化研究中，胸腔形态的演变一直是关键谜题。长期以来，现代智人（Homo sapiens）纤细的体型被视为区别于其他古人类的独特衍生特征，而尼安德特人（Neanderthals）的粗壮体型则被认为是原始状态。然而，近年对纳里奥科托姆男孩（Nariokotome Boy, KNM-WT 15000）胸腔的重建显示其更短粗，挑战了这一假设，暗示智人的纤细体型可能反而是演化的新适应。但化石记录中智人胸腔的缺失成为瓶颈——肋骨和脊椎易碎且常混杂保存，此前从未有化石智人胸腔的完整重建。这引发核心问题：化石智人胸腔究竟与现生人类相似，还是从粗壮向纤细演化？气候是否驱动了形态变异？

为解答这些问题，西班牙国家自然科学博物馆（National Museum of Natural Sciences, Madrid）的研究团队联合多国学者，选取四具保存较完整的化石智人个体：埃及的Nazlet Khater 2（约3.8万年前，温暖气候）、捷克Dolni Vestonice 13（约3万年前，寒冷气候）、以色列Ohalo II H2（约2.3万年前，温带气候）及阿尔卑斯山区的Otzi（约5300年前，高寒气候）。通过创新性3D重建技术，结合59例现生人类及KNM-WT 15000、Kebara 2（尼安德特人）等化石对比，首次系统量化了胸腔形态的演化轨迹。研究论文发表于《Communications Biology》，为现代人类适应策略提供了新证据。

关键技术方法

团队采用多步骤重建协议：

1. 样本处理：针对化石胸腔保存状态（如Otzi肋骨受埋藏变形），使用Artec Spider扫描完整椎骨与肋骨，基于现代人类对照组计算缺失结构的形变向量。

2. 脊椎重建：通过“椎体高度差法”（Thoracic Vertebral Body Height Difference, TVBHD）估算胸椎后凸角度，结合“关节突面法”（Zygapophyseal Facet Method, ZAM）重建脊柱序列。

3. 肋骨复原：对不完整标本（如Nazlet Khater 2），应用偏最小二乘分析（Partial Least Squares, PLS）预测全长肋骨形态，确保功能残气量（Functional Residual Capacity, FRC）位置准确。

4. 形态量化：使用526个半标记点模板，在Viewbox v4.1软件中测量胸腔几何特征，通过广义普氏分析（Generalized Procrustes Analysis, GPA）消除尺度与旋转偏差，以主成分分析（Principal Component Analysis, PCA）和聚类检验气候分组差异。

研究结果

胸腔的globular比例一致性

所有化石智人胸腔均呈现现生人类典型的球状（globular）比例（图1），支持其属于现代人解剖框架。统计检验未发现其与现生智人组间显著差异（p>0.05），表明化石与现生形态连续。

气候依赖的尺寸变异

尺寸分析显示明显气候梯度（图2）：温暖地区的Nazlet Khater 2（质心尺寸2580.6）与温带Ohalo II H2（2603）较小，接近现生温带人类；寒冷区的Dolni Vestonice