Adaptation to Cold Climate in the Nasal Cavity Skeleton. A Comparison of Archaeological Crania from Different Climatic Zones

Praca poświęcona jest badaniom przystosowań człowieka do klimatu obserwowanych w morfologii szkieletu człowieka ze szczególnym uwzględnieniem szkieletu . Dysertacja składa się z dwóch części o zbliżonej wielkości: w pierwszej zaprezentowano wyczerpujący przegląd literatury przedmiotu i zagadnień związanych z badaniem adaptacji, druga zawiera opis badań eksperymentalnych z licznymi odwołaniami do części pierwszej i uzupełniony ogólnymi wnioskami. Badania opierają się na danych z pochodzących z wykopalisk archeologicznych prób z populacji zamieszkujących klimaty suchy-zimny, wilgotny-zimny i suchy-gorący, odpowiednio: Inuitów Grenlandzkich i Wikingów z Grenlandii, średniowiecznych Duńczyków i Nubijczyków. Badania koncentrują się na cechach szkieletu nosa, które tradycyjnie są uznawane za adaptacyjnie korzystne, szczególnie w przypadku klimatu zimnego: wysokości nosa, szerokości otworu nosowego, pomiarów podniebienia kostnego (jako przybliżenia dna jamy nosowej) oraz indeksu nosowego. Dodatkowo zebrane zostały wcześniej nie badane pomiary powierzchni otworu gruszkowatego i nozdrzy tylnich, oraz wystawanie nosa mierzone od Frankfurckiej Płaszczyzny Horyzontalnej to osi nasal-rhinion. Analiza danych wskazuje na istnienie istotnych różnic w pomiarach powierzchni otworu gruszkowatego i indeksu nosowego, powszechnie uznawanego za cechę najlepiej odpowiadającą przystosowaniu do klimatu zimnego. Zaobserwowano istotne różnice w stosunku powierzchni otworu gruszkowatego do choan pomiędzy próbą z populacji Inuitów a pozostałymi populacjami (wyniki testu Kruskalla-Wallisa H=62.78; p≤0.0001). Analiza kształtu powierzchni otworu gruszkowatego oparta na deskryptorach eliptycznych Fouriera (elliptical Fourier descriptors; EFDs) wskazuje, że szerokość otworu gruszkowatego tłumaczy ponad 56% obserwowanej wariancji kształtu. Zróżnicowanie cechy nie wskazuje jednak na korelację z obserwowanymi trendami eko-geograficznymi. Na podstawie przeprowadzonych badań oraz aktualnego stanu wiedzy dotyczącego zagadnień paleoklimatu i fizjologii nosa człowieka współczesnego autorka stawia hipotezę o braku dowodów morfologicznych na przystosowanie szkieletu nosa do klimatu zimnego u Neandertalczyków.

Dissertation presents research on human response to cold climate, exemplified by the skeleton of the nasal cavity. The thesis is organized into two parts of roughly equal size: first a thorough literature review and background presentation, then the experimental research itself, augmented by frequent referral to the first part and complemented by general conclusions. The research presents data on three independent archaeological samples of populations from dry-cold, wet-cold and dry-hot climates: Greenland Inuit, Greenland Norse, medieval Danes and Nubians accordingly. The research involves the study of the main nasal traits previously considered as giving advantage in particularly cold conditions: nasal height, breadth of the pyriform aperture, measurements of the palate (as approximation of the nasal cavity floor size) and nasal index – proportion of the skeletal nose as a ratio of nasal breadth to nasal height. Additionally, new measurements of the pyriform aperture area and choanae area are introduced, together with nasal protrusion as measured from the Frankfurt Horizontal Plane to the nasal-rhinion axis. The present analysis shows significant differences between the dispersion of measurement of the pyriform aperture area and the nasal index commonly considered the most adaptationally advantageous nasal trait. A strong difference in pyriform aperture area/choanae aperture areas between the Inuit sample and other crania is observed. Inuit skulls tend to have a significantly smaller anterior nasal aperture in comparison to the posterior nasal aperture than observed in other samples (result of Kruskall-Wallis test H=62.78; p≤0.0001). The shape analysis of the pyriform aperture based on elliptical Fourier descriptors (EFDs) shows that the wideness/narrowness of the aperture explains over 56% of observed shape variance. The variable dispersion nevertheless does not follow any known eco-geographical trend. On the basis of the present research and in the light of recent paleoclimatological research and physiological observation of the functioning of the nose in modern humans, the author hypothesizes that Neanderthal noses do not present adaptation to cold climate.