法医学如何解密人类进化之谜

作者:张玥 编译
时间:2017-02-09 10:11:38

摘要: 无论是风靡全球的美剧《CSI:犯罪现场调查》,红极一时的港剧《法证先锋》,还是风头正劲的国产网络剧《法医秦明》,不少人都会痴迷于剧中利用法医学进行破案的缜密推理和步 ...

无论是风靡全球的美剧《CSI:犯罪现场调查》,红极一时的港剧《法证先锋》,还是风头正劲的国产网络剧《法医秦明》,不少人都会痴迷于剧中利用法医学进行破案的缜密推理和步步惊心。

在刑事和民事司法体系当中,任何的科学手段和方法都可以算作法医学的一种——如生物学、遗传学、化学,都在以这种方法被人们加以应用。
 
但现如今,一种改变正在悄然发生:在调查犯罪现场、凶杀案和大规模死亡事件时所用到的科学技能组合,渐渐开始被用于法庭之外。其中,就有法医人类学。
 
简单来讲,法医人类学就是对人体残骸进行分析,以期确立生者和死者的身份。就死者而言,通常是分析他们的骨骼。但是,身体的任何部分以及全部都能用于分析。法医人类学家是通过骨骼评估死者生理性别、死亡年龄、生前高度以及宗族姻亲关系的专家。
 
由《考古科学杂志》(Journal of Archaeological Science)发表的一项最新研究将法医学的触手伸向了史前时代。他们利用常用的法医人类学手段开展调查,研究生活在远早于人类创造书面语言之前的美术家的生理性别。
 
该研究团队特别关注那些创作出一种被称为“手模(hand stencil)”的美术类型的艺术家。他们利用法医生物计量学的方法制作出有统计学支持的结果,希望能够解决考古学家在面对这种古老的艺术形式时所遇到的一些问题。
 
岩石艺术的性别鉴定
   
在古代,手模的制作是在手靠着岩石表面时,将颜料吹、喷或点画到手上,在岩石上留下了手型的负面印象。这些手模通常会出现在大约4万年前的旧石器时代晚期的洞穴绘画艺术旁。
 
考古学家一直都对这种艺术十分感兴趣。人类手型的出现在其与生活在数千年前的艺术家之间建立了一种直接的实体连接。考古学家通常将关注点集中于谁创作了这种艺术——不是个体的身份,而是艺术家是男还是女。
 
直到现在,研究人员一直关注于研究手的尺寸和手指长度,以阐明美术作者的性别。受到生理性别的影响,性激素决定着在生长过程中手指的相对长度,这被称作2D:4D比例。
 
但是在应用到岩石艺术时,一般很难对很多基于比例的研究进行复制。它们通常会产生相互矛盾的结果。如果过度专注于手的尺寸和手指长度,就会产生一定的问题。这个问题在于,两只形状不同的手可能会拥有完全相同的线性参数和比例。
 
为了克服这个问题,日前,由英国中央兰开夏大学(University of Central Lancashire)和利物浦大学(University of Liverpool)组成的科研团队采用了一种基于法医生物计量学原则的独特方式,以确保其数据的可靠性,并且确保该方法能够被全球不同地区的科研人员进行有效复制。
 
该研究采用了统计学的一个分支——几何形态测量学方法,该学科的基础可以追溯到20世纪早期。随着计算机科学和数字技术的进一步发展,科学家能够首先以2D和3D的形式捕获目标,然后再在一个通用空间框架中提取形状和尺寸的差异信息。
 
该研究采集了132名志愿者为实验所制作出的手模,这些手模都存有数字化记录,并且每一幅图像都应用了19个解剖学标志。这些对应着手指和手掌上的特征,如图二所示,每个人都是一样的。这种方法可以产生每只手的x-y坐标模型,代表着每只手的形状,就像是地图的参照系统。
 
他们使用了一种被称作最小平方和重叠法(Procrustes superimposition)的技术,将每只手的轮廓转译成相同的空间框架,并按照比例进行调节。这就使得个体和性别之间的差异从客观上来讲更为明显。
 
普氏方法(Procrustes)也让他们能够将形状和尺寸作为两个独立的存在,可以进行独立或合并分析。然后我们利用判别式统计数据,研究手形的哪个组成部分能够最好地评估这只手的轮廓来自男性还是女性。在判别后,我们能够利用尺寸数据预测83%的案例的性别,但如果结合了手的尺寸和形状之后,我们可以获得90%的准确性。
 
他们利用了偏最小二乘法(PLS)的分析方法,将手作为离散的结构单元,也就是将手掌和手指分开处置。让他们感到十分惊讶的是,对于预测人类性别而言,手掌的形状比之手指是更加出色的指示物。这与以往大多数人的看法恰恰相反。
 
这能够让科研人员在手模的数据有所缺失(这是旧石器时代岩石艺术的常见问题,通常手指的整体或部分会有所缺失或模糊不清)的情况下预测性别。
 
古法医学
   
该研究为已经开始采用法医学研究史前文明的科学界又带来了一次新的契机。除了岩石艺术之外,法医人类学正在努力发展古法医学的新兴领域:将法医分析方法应用到那古老的文明当中。
 
例如,这支科研团队已经能够理解位于南非马拉帕的南方古猿源泉种(Australopithecus sediba)所遭受的致命一击,以及同样位于南非的启星洞纳莱迪人(Homo naledi)的原始墓葬制度。
 
这一切都源自于古代研究、考古学和法医学在一起所形成的协同效应,推动着人类对古代文明的认知。
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