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标题: 21年搞笑诺贝尔奖之和平奖:人类长胡子原来是为了保护自己? [打印本页]

作者: 顾汉现 时间: 2021-9-11 11:59
标题: 21年搞笑诺贝尔奖之和平奖:人类长胡子原来是为了保护自己?
本帖最后由顾汉现于 2021-9-11 12:16 编辑

2021年搞笑诺贝尔奖之和平奖：人类长胡子原来是为了保护自己？

获奖者：Ethan Beseris， Steven Naleway和David Carrier

获奖理由：验证了人类在进化过程中长胡须是为了保护自己的脸部免受攻击或损伤。

参考资料：“Impact Protection Potential of Mammalian Hair： Testing the Pugilism Hypothesis for the Evolution of Human Facial Hair，” Ethan A. Beseris， Steven E. Naleway， David R. Carrier， Integrative Organismal Biology， vol. 2， no. 1， 2020， obaa005，doi：10.1093/iob/obaa005

http://news.bioon.com/article/6790837.html

（谷歌中文翻译：）

整合组织生物学。2020 年；2(1)：obaa005。

2020 年 4 月 15 日在线发布。doi： 10.1093/iob/obaa005
PMCID：PMC7671116
PMID：33791549

哺乳动物毛发的冲击保护潜力：测试人类面部毛发进化的拳击假说

EA Beseris , 1 S E Naleway , 2和 DR Carrier1
作者信息版权和许可信息免责声明
关联数据
补充材料
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抽象的
因为面部毛发是人类最具两性异形的特征之一（智人) 并且通常被视为男子气概和社会支配地位的指标，有人建议人类面部毛发在男性比赛中发挥作用。一些作者提出，胡须的功能可能类似于狮子鬃毛的长毛，用于保护喉咙和下巴等重要区域免受致命攻击。这与观察结果一致，即表面被胡须覆盖的下颌骨是人际暴力中最常见的面部骨折之一。我们假设，当人类男性通过吸收和分散钝击的能量进行战斗时，胡须可以保护面部的皮肤和骨骼。我们通过测量作为骨模拟物的纤维环氧树脂复合材料吸收的冲击力和能量来检验这一假设，当它被有浓密毛发的皮肤（此处称为“毛茸茸”）与没有毛发的皮肤（此处称为“剪毛”和“拔毛”）覆盖时。我们用从家羊身上解剖的皮肤片段覆盖环氧复合材料（Ovis aries），并使用带有称重传感器的落锤冲击测试仪来收集力与时间的关系数据。在三种条件下制备组织样品：毛皮 ( n = 20)、拔毛 ( n = 20) 和剪毛 ( n = 20)。我们发现，完全毛茸茸的样品比拔毛和剪切的样品能够吸收更多的能量。例如，与拔毛样品相比，毛皮中的峰值力高 16%，吸收的总能量高 37%。这些差异部分是由于毛皮样品中力传递的时间较长。这些数据支持人类胡须保护面部骨骼脆弱区域免受破坏性撞击的假设。

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介绍
与其他类人猿的情况一样，人类男性实施了绝大多数的暴力行为，而这些侵略行为大多是针对其他男性的（亚当斯 1983 年；查格农 1988 年；戴利和威尔逊 1988 年；基利 1996 年；兰厄姆和彼得森 1996 年）；Walker 2001；Puts 2010；Ellis 等人 2013 年；Hill 等人 2016 年）。当人类男性肉搏战时，脸部通常是主要目标（Carrier and Morgan 2015）。因此，与女性相比，人类男性因人际暴力而遭受更多面部伤害也就不足为奇了。人际暴力的流行病学研究表明，男性因打架而遭受的面部伤害比女性多 68-92%（Shepherd 等，1990；Bostrom 1997；Brink 等，1998；Simsek 等，2007；Czerwinski 等，2008）。；Lee 2009 年；Allareddy 等人 2011 年；Suh 和 Kim 2012 年）。

因为在那些增强男性支配其他男性能力的表型中，性别二态性通常是最大的（Clutton-Brock 和 Harvey 2009 ; Parker 1983 ; Andersson 1994），因此面部骨骼因人际交往而遭受的骨折率最高也就不足为奇了。暴力是现代人类和早期人类（即双足类人猿；Carrier and Morgan 2015）中表现出最大性别二态性的头骨部分。从性选择的角度来看，有理由怀疑这些异形面部特征是男性与男性竞争竞争的结果，并采取行动保护面部免受破坏性打击（Puts 2010 ; Stirrat et al. 2012）; 开利和摩根 2015 年；Puts 等人。2015 年；放 2016 年）。与这一建议一致的是，男性面部结构与更强的上半身力量相关（Fink 等人，2007 年；Sell 等人，2009 年；Windhager 等人，2011 年）、攻击性行为（Carré 和 McCormick 2008 年；Carré 等人，2008年）与这一建议一致。 2009 年，2010 年；Třebický 等人 2013 年）、社会支配地位（Muller 和 Mazur 1997 年；Geniole 等人 2015 年）和生殖成功（Mazur 等人 1994 年）。

在人类中表现出明显的性别二态性的另一个特征是面部毛发（达尔文 1871 年；迪克森等人 2018 年）。在我们的近亲非洲猿（黑猩猩、倭黑猩猩和大猩猩）中，雄性和雌性的面部毛发同样突出（Darwin 1871）。相对于非洲猿，人类女性的面部毛发显着减少，而在青春期，人类男性的毛发不断生长，覆盖上颌前部（胡须）以及前颈部和下颌（胡须；Darwin 1871；Dixson 等人） . 2005 ; Dixson 等人 2017）。与男性骨骼特征一样，据报道，与胡子刮得干干净净的男性相比，留着浓密胡须的男性更具男性气质、在社会上占主导地位，并且在行为上更具攻击性（Neave and Shields 2008 ; Dixson and Vasey 2012 ; Dixson and Brooks 2013 ; Saxton 2016 年；Sherlock 等人 2017 年；Třebický 等人 2019 年）。此外，人类男性面部毛发已被证明在竞争激烈的环境中会对交配成功产生积极影响（Barber 2001；Dixson 等，2017）。

一些作者认为这些关系是由于面部毛发增强了面部两性异形区域的大小和外观 - 最显着的是下颌骨和上颌骨（Guthrie 1970 ; Muscarella and Cunningham 1996 ; Neave and Shields 2008 ; Dixson et al. 2017，2018 年）。其他人提出胡须实际上用于在战斗期间保护喉咙和下巴（Blanchard 2010）。在这种情况下，雄狮的鬃毛提供了一个有趣的类比。像人类的胡须一样，狮子的鬃毛是雄性特有的。狮子鬃毛非常浓密的毛发可以保护攻击者的牙齿，或者它可能使攻击者的头部、颈部和胸部更难用前肢的爪子抓住和抓住，从而可以用前肢的爪子进行破坏性的咬合。他的下巴。事实上，达尔文（Darwin，1871）认为，雄狮、加拿大猞猁、狒狒、海狮、野牛和麋鹿的鬃毛可以在雄性与雄性打架时提供身体保护。（相比之下，在考虑人类时，达尔文推测胡须是作为女性喜欢的“装饰品”进化而来的。）最近，布兰查德 (2010)有人认为，狮子的鬃毛可以通过使多男性和女性群体的存在有利于保护狮群免受游牧男性的接管和杀婴，从而“减轻”狮群雄性之间打架的危险。相比之下，韦斯特等人。(2006)比较了非洲狮的损伤模式、鬃毛发育和成年鬃毛形态，没有发现任何证据表明鬃毛可以有效防止受伤。然而，他们也争辩说，他们的结果表明“一般的鬃毛区域不是目标，而是暗示攻击者避开鬃毛，或者鬃毛保护该区域免受攻击。” 因此，狮子的鬃毛在多大程度上具有保护作用仍未解决。

人类胡须可以在战斗中提供保护的建议与以下观察结果一致：（1）表面被胡须覆盖的下颌骨是人际暴力中最常见的面部骨折之一（Shepherd et al. 1990；Bostrom 1997 ; Lee 2009 ; Hojjat 等人 2016）和（2）下颌骨骨折，在现代手术方法之前，可能代表相对严重的面部损伤。基于这些观察，我们假设人类的面部毛发可以提供物理保护，防止可能导致钝性创伤的罢工。具体来说，我们预测，由于撞击能量的吸收和分散，厚厚的面部毛发会减少下层组织受到撞击的力量。

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方法
使用短纤维环氧树脂复合骨模拟物（Pacific Research Laboratories, Inc., Vashon, WA）对人体骨组织进行建模，其材料特性与人体皮质骨相似（Cuppone 等人，2004 年；Chong 等人，2007 年） . 因为从人类尸体上获得全胡须的皮肤样本是不切实际的，而且松散的人类毛发预计不会像原位毛发那样分散冲击力，所以我们使用了从当地购买的家养绵羊（Ovis aries）的皮肤样本。屠宰场。羊绒并不是人类胡须的完美比喻。绵羊毛的毛囊平均直径是人类胡须直径的四分之一（~18 微米对 75 微米；Bosman 1934；弗洛伊德等人。2018每平方厘米），并且更密集封装（6000卵泡2每厘米70与毛囊2 ;博斯曼1934 ; 。毛雷尔等人2016）。这表示羊毛毛囊的横截面积比胡须大五倍。然而，完整的人类胡须的毛囊通常比我们测试的羊绒样品的毛囊长五倍以上（3.30 ± 1.04 cm，平均值和标准偏差 [SD]）。因此，我们的羊毛样本中的毛囊体积确实近似于完整胡须的体积，这对于大多数其他物种的毛皮来说不太可能是真实的。

将骨模拟物切成尺寸为 60 mm × 65 mm × 3 mm 的小矩形，并用羊皮覆盖。将皮肤样品切成与玻璃纤维相同的尺寸，并在测试前浸泡在盐水溶液（0.9% NaCl）中至少一小时，以确保皮肤具有与活组织相同的水分含量。水化水平已被证明对有机物的材料特性有显着影响，因此必须对所有样品进行标准化（Lee 等人 2011 年；Trim 等人 2011 年）。注意保持样品的头发干燥。羊皮样品的毛发在三种不同的条件下制备：剪毛、拔毛和毛皮。剪下的样品用手工剪羊毛剪成约 0.5 厘米长。包括剪切样品以测试皮肤中毛根的存在是否影响结果。拔出的样品去除了所有头发纤维，包括根部。毛皮样品没有以任何方式处理，头发长度约为 8 厘米。值得注意的是，这三种情况会导致头发的总体积和质量不同，并且被选择为最能代表人类男性会出现的状态（即，满胡须、修剪胡须和无毛）。

所有数据均通过在 Instron Dynatup 8250 落锤冲击试验机（Instron Corporation, Norwood, MA；图。1）。所有测试均按照 ASTM 标准 D5420（ASTM 标准 D5420-16 2016）进行。该测试包括将钝锤（直径约 3 厘米，质量 = 4.70 千克）从已知高度落向安装在铁砧上的材料样品。砧座有一个 55 mm × 50 mm 的孔，以允许样品自由悬浮并避免砧座和样品之间的接触影响可能改变结果。Instron Dynatup Impulse 数据采集系统（Instron Corporation，Norwood，MA）从 200 kN 称重传感器进行测量，以生成负载 (kN) 与时间 (ms) 的关系图。速度检测器还用于测量撞击时击球杆头的瞬时速度 (m/s)。

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图。1
使用 Instron Dynatup 8250 落锤冲击测试仪的实验装置照片。

在获得数据以在三种条件下进行比较之前，先确定标准跌落高度。从砧座上方 5 厘米处开始，将撞针头落到带毛的样品上。如果样品显示出故障迹象，则将撞针头再降低一厘米。如果样品没有出现故障迹象，则将撞针头再抬高一厘米。失效被定义为玻璃纤维样品出现任何裂纹、断裂、孔洞或碎片脱落的点。在整个测试期间，击球手的头部质量没有改变。按照 ASTM 标准 D5420（ASTM 标准 D5420-16 2016）的方法，对 20 个样品重复此过程。根据这些数据，使用等式 (1) 计算平均失效高度：

h =H0+dH(一种N± 0.5 )，在哪里

h = 平均失效高度 (mm)

dH= 高度增量(mm)

N= 失败或非失败的总数，以较小者为准

H0= 发生故障或非故障的最低高度（mm）

一=∑克我= 0一世n一世，在哪里我= 整数。 n一世= 发生的事件数 H一世，和 H一世=H0+我dH

使用这种方法，平均破坏高度被确定为 7.4 厘米（补充表 S1），对于整个系列的实验测试，落塔高度被设置为这个高度。测试了每种条件（剃光、拔毛和毛皮）的 20 个样品。使用所得载荷数据 (kN) 和撞针的质量 (4.7 kg)，撞针头的加速度 (m/s 2 ) 使用牛顿第二定律 ( F = m × a）。由此产生的加速度数据集在冲击时间范围内进行整合，以产生每个时间范围内的瞬时速度 (m/s)，以及随后的动能 (J)。样品吸收的能量 (J) 由击球头从撞击开始到撞击结束所损失的动能量计算得出。从这些数据中，记录每个测试的峰值力（以牛顿 (PF) 为单位）、以焦耳 (PE) 为单位的峰值能量、以毫秒为单位的峰值力时间 (TPF) 和以毫秒为单位的峰值能量时间 (TPE)。

使用一系列双样本、单尾、不等方差t检验来确定原始 PF、PE、TPF 和 TPE 数据之间的统计显着性。当P值 <0.05时，我们假设结果有显着差异。还计算了条件之间四个指标中的每一个的百分比差异，以及每个条件的平均值和 SD。所有数据计算、统计分析和图表均使用 Microsoft Excel (Microsoft Corporation, Redmond, WA) 进行。

关于人权和动物权利的声明
这项研究不涉及人类或动物受试者。

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结果
与拔毛或剪切的样品相比，有毛的样品提供了更好的抗冲击保护（表格1）。在设定载荷的研究条件下，约 50% 的毛皮样品在撞击时会失效，所有拔毛样品、95% 的剪切样品和 45% 的毛皮样品都失效。

表格1
每种情况下的故障频率

故障频率
毛皮 0.45
拨弦 1
剪的 0.95
为毛皮、拔毛和剪切的皮肤样品的冲击测试所吸收的力和能量的示例记录显示在图2. 从这些曲线中可以看出，毛皮样品的平均峰值力明显更低，吸收的能量更高，达到峰值力的时间和吸收的峰值能量显着大于剪切和拔毛样品（图 3 和表 2）。

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图2
冲击力（黑线）和能量（灰线）与时间（A）毛皮样品、（B）剪切样品和（C）拔毛样品的代表性图表。

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图 3
箱线图显示 ( A ) 峰值力 (kN)、( B ) 峰值能量 (J)、( C ) 达到峰值力的时间 (ms) 和 ( D ) 的中位数、第一和第三四分位数以及最小值和最大值) 三种条件中每一种的达到峰值能量的时间 (ms)。

表 2
毛皮 (F)、拔毛 (P) 和剪毛 (S) 条件的平均值、SD、百分比差异和P 值

毛皮平均值±SD 弹拨平均值±SD 剪切平均值±SD F × P %差异。（P） F × S %差异。（P） P × S %差异。（P）
PF (千牛) 0.68±0.16 0.79±0.10 0.77±0.09 15.60 (0.004) 12.79 (0.014) 2.82 (0.23)
聚乙烯 (J) 2.46±0.43 1.70±0.34 1.80±0.43 36.77 (<0.001) 31.24 (<0.001) 5.69 (0.211)
TPF (毫秒) 8.24±2.40 4.38±1.29 5.10±1.40 61.17 (<0.001) 47.10 (<0.001) 15.16 (0.049)
热塑性弹性体（毫秒） 10.30±4.54 4.57±1.28 5.36±1.70 77.04 (<0.001) 63.14 (<0.001) 15.83 (0.054)
在达到峰值力和峰值能量吸收的时间上观察到毛茸茸和拔毛或剪切样品之间的最大差异（图 3 和表 2）。剪切和拔出的样品因冲击而加载得更快，并且经常承受超过其断裂强度的载荷。这表明头发提供的最大优势是它可以在更长的时间范围内分配冲击力。

在毛皮样品中观察到的较高变化主要是由于失败的样品与没有失败的样品之间的差异。没有失败的样本（见图2) 的 PF、PE、TPF 和 TPE 值类似于毛皮条件的平均值（PF = 0.67 kN，PE = 2.46 J，TPF = 8.24 ms，TPE = 10.29 ms）。相比之下，与平均值相比，确实失败的样品具有更高的 PF 值 (0.82 kN) 和更低的 PE (1.91 J)、TPF (5.26 ms) 和 TPE (5.39 ms)。毛皮条件具有几乎相等数量的失效和非失效（失效频率 = 0.45），而拔毛和剪切条件具有几乎所有失效（失效频率分别为 1 和 0.95）。

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讨论
我们的结果表明，平均而言，毛皮样品比剪切和拔毛样品吸收的能量多近 30%。毛皮样品经历了较低的峰值冲击力并且加载速度较慢。与剪切和拔毛样品相比，这些因素有助于降低毛皮样品失效率。因此，这项研究的结果表明，头发确实能够显着降低钝击和吸收能量的冲击力，从而减少失败的发生率。如果人类面部毛发也是如此，那么拥有完整的胡须可能有助于保护面部骨骼的脆弱区域免受破坏性撞击，例如下巴。据推测，浓密的胡须还可以减少面部皮肤和肌肉的损伤、撕裂和挫伤。虽然没有在本研究中进行测试，胡须的毛发也可能通过减少面部和撞击它的物体之间的摩擦来帮助偏转斜击。胡须的这些保护功能可能会在男性比赛中提供优势，因此会受到选择性的青睐。这也可以解释为什么面部毛发与男性气质、社会支配地位和行为攻击性有关，因为它可以作为面部损伤无懈可击程度的真实指标。尼夫和希尔兹 2008 年；迪克森和瓦西 2012 年；迪克森和布鲁克斯 2013 年；萨克斯顿等人。2016 年；夏洛克等人。2017 年）。

除了 TPE ( P = 0.049)之外，在拔除条件与剪切条件之间没有显着差异。我们预计会出现这一结果，因为预计皮肤中是否存在毛根对冲击保护几乎没有影响。

作者: 顾汉现 时间: 2021-9-11 12:09
本帖最后由顾汉现于 2021-9-11 12:14 编辑

在样品条件之间的显着差异中，达到峰值力的时间和达到峰值能量的时间可能是最突出的。毛皮样品比剪切和拔毛样品吸收冲击的速度更慢。我们怀疑这是由于当撞针头向皮肤下降时，单个毛发纤维承担了部分负荷，从而在撞针头经过时减慢了速度。通过在皮肤和骨骼之外加载毛发纤维，冲击力也可以分布在更大的表面积上。这与 Kevlar 纤维背心如何分配传入子弹的力的机制类似（Cheeseman 和 Bogetti，2003 年）。无论如何，毛皮对能量的吸收必须解释为什么毛皮样品能够比剪切和拔毛样品多吸收 37% 的能量。

我们的结果似乎与最近的一项研究相冲突，该研究表明胡须在综合格斗 (MMA) 格斗中没有提供性能优势，这是通过淘汰赛和决策的获胜次数来衡量的（Dixson 等人，2018 年）。这项精心控制且引人入胜的研究比较了 395 名战士的 600 场比赛的获胜率，没有发现面部毛发提供性能优势的证据，并得出结论：“胡须代表强大的不诚实信号，可能有助于减少内部冲突的升级。通过恐吓而不是在直接战斗中提供优势来进行性冲突。” 测试胡须对 MMA 选手的保护作用是明智的，因为流行病学表明 MMA 比赛中最常见的伤害是面部撕裂伤、骨折和脑震荡。利斯塔德等人。2014 年；詹森等人。2017 年）。虽然这不是我们根据我们的观察预测的结果，即浓密的头发会降低施加到头发下方结构的峰值冲击力和能量，但他们研究中使用的指标“淘汰赛或技术淘汰赛的获胜次数”并不是一个直接衡量可以通过留胡子减少的伤害率。我们的结果没有提供证据表明胡须可以防止被击倒，相反，我们的结果被认为与皮肤撕裂伤和面部骨折最相关。最后，正如 Dixon 和合作者所指出的，他们发现胡须并没有提供性能优势的发现可能比非职业选手更适合职业拳手。

虽然我们的数据与头发可以保护骨骼和皮肤免受钝击的破坏性影响的假设一致，但应该注意的是，这可能并非在所有情况下都是正确的。人类面部毛发在不同人群中存在很大差异——中东和北欧血统的人能够长出浓密浓密的胡须，而东亚和美洲印第安人的面部毛发相对较少。我们研究中使用的羊皮非常厚实，毛茸茸的，可能只是一个非常丰满和长长的人类胡须的好模型。据我们所知，没有关于人类面部毛发的粗细、密度和厚度在不同人群中如何变化的定量数据。未来的研究应结合这些措施来确定哪种类型的面部毛发可以提供最佳的抗冲击保护。

尚不清楚为什么人类的面部毛发发育会有所不同。在雄性不存在浓密面部毛发的群体中，其他选择性力量可能对面部毛发起作用。这些群体可能在男性之间的竞争率较低，从而抵消了胡须的优势，或者他们可能需要最大化裸露的皮肤表面积，以便在炎热环境中进行有效的体温调节。面部毛发在人类中是两性异形的，女性没有胡须和胡须，这一事实强烈表明，拥有浓密的面部毛发确实存在不利之处。如果没有明显的缺点，选择男性面部毛发会导致两性都有胡须（Lande 1980）。

需要更多的研究来确定头发抑制冲击影响的机制。我们的理论是，当撞击器头部经过并将力分散到更大的区域时，头发纤维会从撞击器头部吸收能量。这得到毛茸茸样品达到峰值力的平均时间更长并吸收更多能量的支持。可以通过使用高速视频准确查看头发纤维在撞击时的作用来进一步证实这一点。这也可以通过创建头发纤维模型和运行模拟来实现。

这项研究的结果与人类的两性异形面部毛发可能是根据对男性与男性战斗表现的选择而进化的建议一致。同样，虽然这里没有进行测试，但我们的结果也支持雄狮的鬃毛在雄狮打架时提供一定程度的保护免受伤害的建议（达尔文 1871 年；韦斯特等人 2006 年；布兰查德 2010 年），因为头发具有减缓毛发的能力扩大能源转移领域。正如引言中提到的，男性胡须是人体解剖学中最具两性异形的特征之一 ( Darwin 1871 ; Dixson et al. 2018）。与剃光胡子的男性相比，留着浓密胡须的男性被认为更具阳刚之气、在社会上占主导地位，并且在行为上更具攻击性（Neave 和 Shields 2008 年；Dixson 和 Vasey 2012 年；Dixson 和 Brooks 2013 年；Saxton 等人 2016 年；Sherlock 等人。 2017 年；Třebický 等人，2019 年）。此外，面部毛发已被证明对竞争激烈的环境中的交配成功有积极影响（Barber 2001 ; Dixson et al. 2017）。这些观察结果都与胡须进化为通过为面部的脆弱部分提供保护来提高战斗能力的假设一致。事实上，人类面部骨骼的解剖学和面部形状的性别二态性，已经被认为是男性与男性竞争竞争的结果，并采取行动保护面部免受破坏性打击（Puts 2010 ; Stirrat et 2012 年；Carrier 和 Morgan 2015 年；Puts 等人 2015 年）。

更广泛地说，这项研究的结果增加了越来越多的证据，表明男性格斗的专业化在人类肌肉骨骼系统的进化中发挥了重要作用。例如，我们最早的人类祖先的短肢（Carrier 2007）、跖行足姿势（Carrier and Cunningham 2017）和双足姿势（Carrier 2011），以及力-速度调整（Carrier et al. 2011）和大小（Carrier et al. 2015 ) 的人类腿部肌肉也可能与提高战斗性能有关。与这项研究直接相关的是人手比例的建议（Morgan and Carrier 2013 ;霍恩斯等人。2014 年），以及人类手臂肌肉强度（Morris 等人，2020 年）和面部形状（Carrier 和 Morgan 2015 年）的性别二态性，在某种程度上，是拳头战斗时表现选择的产物。许多这些解剖特征将古人类与其他类人猿区分开来，并且所有这些特征都与其他非战斗行为的表现改善有关。然而，化石记录中古人类的出现与一系列解剖特征的出现相吻合，这些特征已被证明可以提高对人类战斗很重要的行为的表现，这表明身体攻击的专业化可能在早期和持久的作用下发挥了作用。在我们血统的进化过程中。

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资金
这项工作由国家科学基金会资助 IOS-0817782（给刚果民主共和国）。

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补充资料
补充数据可在IOB在线获得。

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数据归档
一旦手稿被接受出版，数据将存档在 Dryad 上。

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补充材料
obaa005_Supplementary_Data
单击此处获取其他数据文件。（91K，XLSX）

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参考
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