Developmental control of cranial form

Die Komplexität der cranialen Anatomie ist schon lange ein bedeutendes Thema in der Evolutions- biologie. Das Ziel dieser Arbeit ist es zu untersuchen wie die Gesamtform des Schädels bei Homo sapiens zustande kommt und welche Mechanismen und Regulationen auf welchen räumlichen Skalen aktiv sind. Daher wurden zwei Modelle angewandt, die es erlauben zwischen irregulation/self-similarity, coordinated growth und compensatory growth bei Schädelgröße und -gestalt zu unterscheiden. Dreidimensionale CT-Scans von 30 menschlichen Crania (14 weibliche, 16 männliche) wurden verwendet. 65 mediansagittale unpaarige Landmarks wurden auf jedem Individuum markiert. Sie wurden definiert um einen mediansagittalen Schnitt jedes Schädelknochens und Schädeloutlines zu umranden Die Flächen aller individuellen Knochen und Schädeloutlines wurden mit zweidimensionalen Landmarks berechnet. Dann wurden die Flächenvarianzen und -mittelwerte aller Knochen und Outlines berechnet. Eine Regression der logarithmierten Varianzen auf die logarithmierten Mittelwerte wurde durchgeführt. Um die Gestaltvarianzen zu untersuchen, wurden die Varianzen der Procrusteskoordinaten aller Knochen und Schädeloutlines berechnet. Eine Regression der logarithmierten Gestalt- varianzen auf die logarithmierten inversen Bending Engeries der Partial Warps wurde durchgeführt. Die Flächenvarianz der Outlines war größer als die Summe der Varianzen der einzelnen Flächen. In der Größen-Regression war die Steigung > 1. Die Gestaltvarianzen der cranialen Outlines waren klein im Vergleich zu den Gestaltvarianzen der beitragenden Knochen. In der Gestalt-Regression war die Steigung < 1. Diese Resultate weisen darauf hin, dass ‘coordinated growth’ zwischen den Knochen der dominante Prozess für Größenkontrolle ist, während ‘compensatory growth’ der dominante Prozess für Gestaltkontrolle ist.The complexity of cranial anatomy has long been a prominent topic in evolutionary biology. The goal of this thesis is to explore how overall cranial form is achieved in Homo sapiens and which mechanisms and regulations are active on which spatial scales. Therefore, two models are applied that allow to distinguish between irregulation/self-similarity, coordinated growth and compensatory growth for skull size and shape. Three-dimensional CT scans of 30 adult human crania (14 females, 16 males) were used. 65 midsagittal unpaired landmarks were marked on each individual. They defined to outline a midsagittal dissection of each cranial bone and cranial outlines. The areas for all individual bones and the cranial outlines were calculated from two-dimensional landmarks. Then, the area variances and the area means were calculated for each structure. The log-transformed variances were regressed on the log-transformed means. To investigate variances in shape, the variance of the Procrustes coordinates for all structures were calculated. The log-transformed shape variances were regressed on the partial warps’ log-transformed inverse bending energies. The overall area variance was larger than the sum of individual area variances. In the regression for size the slope was > 1. The shape variances for the cranial outlines were small in comparison with the contributing bones’ shape variances. In the regression for shape the slope was < 1. These findings indicate that ‘coordinated growth’ between the bones is the dominating process for controlling bone size, while ‘compensatory growth’ is the dominating process for controlling individual bone shape