[論文レビュー] Selection for smaller brains in Holocene human evolution

John Hawks|arXiv (Cornell University)|Feb 28, 2011

Pleistocene-Era Hominins and Archaeology参考文献 23被引用数 33

ひとこと要約

本研究は、過去10,000年間に観察された人間の脳サイズの減少が、身体サイズの低下と遺伝的相関に起因するかどうかを検証する。定量的遺伝モデルおよびヒトと霊長類のデータからの表型相関を用いて、身体サイズの低下だけでは脳サイズの減少の程度を説明できないことが判明し、脳サイズそのものまたはそれに強く関連する特性に対する直接選択が関与している可能性を示唆する。

ABSTRACT

Background: Human populations during the last 10,000 years have undergone rapid decreases in average brain size as measured by endocranial volume or as estimated from linear measurements of the cranium. A null hypothesis to explain the evolution of brain size is that reductions result from genetic correlation of brain size with body mass or stature. Results: The absolute change of endocranial volume in the study samples was significantly greater than would be predicted from observed changes in body mass or stature. Conclusions: The evolution of smaller brains in many recent human populations must have resulted from selection upon brain size itself or on other features more highly correlated with brain size than are gross body dimensions. This selection may have resulted from energetic or nutritional demands in Holocene populations, or to life history constraints on brain development.

研究の動機と目的

• ホロセン期における人間の脳サイズの減少が、身体サイズの低下と遺伝的相関に起因するという帰無仮説を検証すること。
• 頭蓋内腔容積の観察された変化が、同時に低下した体重または身長と説明可能かどうかを評価すること。
• 定量的遺伝モデルを用いて、身体サイズを脳サイズの進化の代理指標として用いる妥当性を評価すること。
• 生息するヒトおよび非ヒト霊長類からの表型的および遺伝率の推定値が、身体サイズ仮説を支持するか否かを検証すること。

提案手法

• 体重または身長の選択による頭蓋内腔容積の予想される変化を推定するため、定量的遺伝モデルを適用した。
• ヒト集団および非ヒト霊長類からの脳サイズと体重の間の表型相関値（r ≈ 0.29）を用いた。
• ミリタリーマグネティック共鳴画像法（MRI）による対双子研究から得られた遺伝率推定値（脳容量の最大0.97）を用いて、遺伝的相関の影響をモデル化した。
• 観察された100–150 mlの頭蓋内腔容積の減少を生じるための体重減少量を計算した。その結果、34 kgの低下が必要であると判明した。
• 西洋化した集団に起因するバイアスを評価するため、ヒトデータと霊長類データ（サル、ラテンマカク）を比較した。
• 表型的および遺伝率の相関を控えめに推定することで、身体サイズが脳サイズに与える影響を過大評価しないようにした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 過去10,000年間に観察された100–150 mlのヒト頭蓋内腔容積の減少は、同時に低下した体重または身長によって説明可能か？
• RQ2 脳サイズと身体サイズの間の遺伝的相関が、観察された脳サイズの減少を説明するのに十分な程度にあるか？
• RQ3 既知の表型的および遺伝率の相関を踏まえると、観察された脳サイズの減少を生じるためには、どの程度の体重減少が必要か？
• RQ4 生息するヒト集団および非ヒト霊長類からの表型的および遺伝率の推定値は、身体サイズ仮説を支持するのに十分か？
• RQ5 ホロセンにおける脳サイズの減少率は、身体サイズの変化のみから予測されるものより高いか？

主な発見

• 過去10,000年間に5 kgの体重減少があったとしても、頭蓋内腔容積の減少は22 mlにとどまり、観察された100–150 mlの減少とは著しく異なる。
• 観察された150 mlの脳サイズの減少を説明するためには、34 kgの体重減少が必要となるが、これは推定された実際の減少量の5倍以上に上る。
• 脳サイズと体重の間の表型相関（r ≈ 0.29）は、遺伝的相関によってのみ脳サイズの減少を説明するには低すぎる。
• ヒトにおける脳容量の遺伝率（最大0.97）は、非ヒト霊長類（例：サルでは0.52）よりも高い。これはヒトにおいて遺伝的制御がより強いことを示唆し、身体サイズ仮説をさらに弱体化させる。
• 霊長類における脳サイズと身体サイズの表型相関（r = 0.16–0.54）はヒトの範囲内にあり、霊長類データを控えめなベンチマークとして用いることが妥当であることを支持する。
• 本研究は、観察された傾向を説明するためには、脳サイズそのものまたは身体サイズよりも脳サイズと強く関連する特性に対する選択が必要であると結論づけている。