[论文解读] 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 33

一句话总结

本研究调查了过去10,000年来人类脑容量下降是否源于与体型减小的遗传相关性。利用人类和灵长类动物数据的定量遗传模型与表型相关性，研究发现仅体型减小无法解释脑容量下降的幅度，暗示脑容量本身或与其紧密关联的性状可能直接受到选择。

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.

研究动机与目标

• 检验原假设：全新世人类脑容量的减少源于与体型下降的遗传相关性。
• 评估脑容量内颅容积的变化是否可由体质量或身高的同时减少来解释。
• 使用定量遗传模型评估体型作为脑容量进化的代理指标的可信度。
• 确定来自活体人类和非人灵长类动物的表型与遗传力估计值是否支持或反驳体型假设。

提出的方法

• 应用定量遗传模型，估算因体质量或身高选择而导致的内颅容积预期变化。
• 使用人类种群和非人灵长类动物中脑容量与体质量之间（r ≈ 0.29）的表型相关性数值。
• 采用来自双生子MRI研究的遗传力估计值（脑容量最高达0.97），以模拟遗传相关性的影响。
• 计算为产生观察到的100–150 ml内颅容积下降所需体质量的减少量，发现需减少34公斤。
• 将人类数据结果与灵长类动物数据（狒狒、食蟹猕猴）进行比较，以评估西方化种群可能带来的偏差。
• 采用保守的表型与遗传力相关性估计值，以避免高估体型对脑容量的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 过去10,000年来，人类内颅容积减少100–150 ml的现象，能否由体质量或身高的同时减少来解释？
• RQ2 脑容量与体型之间的遗传相关性在多大程度上足以解释观察到的脑容量减少？
• RQ3 在已知的表型与遗传力相关性下，为产生观察到的脑容量减少，需要多少体质量的减少？
• RQ4 来自活体人类种群和非人灵长类动物的表型与遗传力估计值是否足以支持体型假设？
• RQ5 全新世脑容量减少的速度是否超过仅由体型变化预测的水平？

主要发现

• 过去10,000年中，体质量减少5公斤仅能预测内颅容积减少22 ml，远低于观察到的100–150 ml的减少量。
• 为解释观察到的150 ml脑容量减少，需体质量减少34公斤——超过实际估计减少量的五倍以上。
• 脑容量与体质量之间（r ≈ 0.29）的表型相关性过低，无法仅通过遗传相关性解释脑容量减少的幅度。
• 人类脑容量的遗传力（最高达0.97）高于非人灵长类动物（如狒狒为0.52），表明人类脑容量受更强的遗传控制，这进一步削弱了体型假设。
• 灵长类动物中脑容量与体型之间的表型相关性（r = 0.16–0.54）处于人类范围内，支持将灵长类数据用作保守基准。
• 本研究结论认为，必须存在对脑容量本身的自然选择，或对与脑容量相关性远高于与体型相关性的性状的选择，才能解释观察到的趋势。