DOI: https://doi.org/10.1007/s10816-025-09693-w
تاريخ النشر: 2025-01-21
المؤلف: Verónica Fernández‐Navarro وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات الأنثروبولوجيا الجنائية والبيوآركيولوجيا
نظرة عامة
تقدم هذه الورقة البحثية التطبيق المبتكر للمورفومترية الهندسية في تحليل قوالب اليد من العصر الحجري القديم، مما يوفر رؤى هامة حول تعقيدات فن الصخور القديم. من خلال اعتماد نهج شامل يدمج بين السكان المعاصرين والتجريبيين والآثاريين، ينجح البحث في تقدير العمر والجنس البيولوجي من خلال المورفومترية اليدوية. ومن الجدير بالذكر أن تحليل العينات الأثرية يكشف عن تمثيل كبير للأطفال، مما يشير إلى أن الأطفال شاركوا في إنشاء هذه القوالب. علاوة على ذلك، تشير النتائج إلى مشاركة متوازنة بين كلا الجنسين عبر مجموعات عمرية ومواقع كهوف مختلفة، مما يعكس هيكلًا اجتماعيًا متماسكًا بين مجتمعات العصر الحجري القديم العلوي. تشير المقارنات الإحصائية إلى أن عرض الأصابع في هذه المجموعة القديمة أكبر من العينات الحديثة، مما قد يرتبط بنمط حياة أكثر نشاطًا.
تعتبر هذه الدراسة جهدًا رائدًا في تطبيق المورفومترية الهندسية على فن الصخور، حيث تظهر دقة عالية في تقدير العمر والجنس البيولوجي. تتماشى النتائج مع الأبحاث المعاصرة حول السجلات الإيكولوجية، مما يشير إلى أن إنشاء فن الصخور كان نشاطًا جماعيًا يشمل أفرادًا من أعمار وجنسين مختلفين. قد تشير الاختلافات الملحوظة في مورفولوجيا الأصابع إلى تكيفات مع المتطلبات البدنية للصيد والجمع، مما يستدعي مزيدًا من التحقيق في عوامل مثل النظام الغذائي والنشاط البدني والظروف البيئية. تؤكد قابلية تكرار المنهجية العالية عبر عينات متنوعة على قوتها وإمكاناتها كأداة قيمة للبحث الأثري المستقبلي، لا سيما في فهم الديناميات الاجتماعية والثقافية للسكان البشريين القدماء.
مقدمة
تناقش مقدمة الورقة البحثية التباين الجنسي في أيدي البشر، مع التأكيد على الخصائص الفيزيائية المميزة بين الذكور والإناث التي يمكن أن تساعد في تحديد الجنس البيولوجي. حققت الدراسات الهيكلية التقليدية معدلات دقة عالية – تزيد عن 80% – في تحديد الجنس البيولوجي من خلال أجزاء الجسم المحددة مثل الحوض والجمجمة والأسنان. ومع ذلك، يمكن أن يتجاوز التداخل في الخصائص بين الجنسين 85%، مما يعقد التعرف عندما تكون البقايا محدودة. وقد أدى ذلك إلى اهتمام متزايد في تقدير الجنس من بقايا بديلة، لا سيما أبعاد الأطراف، بما في ذلك الأيدي، التي يمكن أن توفر رؤى حول سمات فردية متنوعة مثل العمر والوزن والطول.
تسلط الورقة الضوء على أهمية مورفولوجيا اليد عبر مجالات متعددة، بما في ذلك علم الهندسة البشرية والرياضة والعلوم الجنائية، مع الإشارة إلى أن الدراسات الحالية قد ركزت بشكل أساسي على نطاقات عمرية ضيقة أو مجموعات سكانية محددة. يجادل المؤلفون بضرورة استكشاف شامل لمورفولوجيا اليد عبر تطور البشر، حيث تجاهلت الأبحاث السابقة إلى حد كبير التغيرات الديناميكية التي تحدث أثناء التطور. يقترحون استخدام المورفومترية الهندسية، وهي طريقة تسمح بالتحليل التفصيلي لتغيرات الشكل بمرور الوقت، للتحقيق في التباين الجنسي في أيدي البشر. يهدف هذا النهج إلى سد الفجوة في فهم كيفية اختلاف مورفولوجيا اليد عبر مراحل الحياة المختلفة وتحسين تقنيات تقدير الجنس البيولوجي، لا سيما في السياقات الأثرية التي تتضمن قوالب اليد من العصر الحجري القديم.
الطرق
في هذه الدراسة، تم تطوير منهجية شاملة لتحليل وتوصيف تمثيلات اليد من السياقات ما قبل التاريخ، باستخدام نهج ثلاثي العينات. تضمن المكون الأول إنشاء كتالوج واسع للأيدي البشرية الممسوحة ضوئيًا لتأسيس نموذج إحصائي، كما هو موضح في فيرنانديز-نافارو وآخرون (2024ب). تضمن المكون الثاني عينة تجريبية تحاكي الأيدي الأثرية، تم إنتاجها في بيئة خاضعة للرقابة مع معرفة العمر والجنس البيولوجي، مما سهل اختبار فعالية المنهجية. تم إنشاء ما مجموعه 53 قالب يد، وتم توثيقها كنماذج ثلاثية الأبعاد، واستخدمت لتقدير الدقة في تحليل تصنيف الجنس.
استخدمت المنهجية نهجًا بيومتريًا من خلال المورفومترية الهندسية (GMM)، باستخدام 32 نقطة مرجعية تقليدية ثنائية الأبعاد من الصور الرقمية للعينات. تم وضع هذه النقاط المرجعية بشكل استراتيجي في نقاط تشريحية رئيسية لضمان الاتساق عبر المشاركين. تم استخدام برنامج GMM، بما في ذلك TPSdig2®، لتحليل البيانات، مع ضبط النقاط شبه المرجعية لتقليل تشوه الشكل عند مقارنة عينات مختلفة. ركز التحليل على المكونات الفردية لليد، مثل الأصابع والراحة، لأخذ التباين في وضع اليد في السجلات الأثرية في الاعتبار. تم إجراء تحليل تمييزي لتصنيف العمر والجنس البيولوجي بناءً على معايير الحجم والشكل، مع التركيز على الأفراد الناضجين. شملت الدراسة أيضًا تقييم خطأ داخل المراقب للتحقق من موثوقية القياسات، مؤكدة أن مسافات بروكروستس تشير إلى اتساق قياس مقبول.
النتائج
في القسم المعنون “النتائج: تحديد العمر البيولوجي والجنس في قوالب اليد”، تقدم الدراسة نتائج من تحليل مقارن لعينات قوالب اليد المعاصرة والأثرية. تعتبر العينة المعاصرة، كما هو موضح في فيرنانديز-نافارو وآخرون (2024أ)، مرجعًا أساسيًا لفهم الخصائص والسلوكيات المرتبطة بهذه العينات.
تبلغ الدراسة عن معدلات النجاح لمختلف المنهجيات المستخدمة، كما هو ملخص في الجدول 4. تستند هذه المعدلات إلى نتائج التحليل التمييزي لكل من العينات المعاصرة والتجريبية، مما يسمح بتقدير معدلات النجاح لقوالب اليد الحديثة وتلك التي تم إنشاؤها باستخدام تقنيات مشابهة لتلك المستخدمة في العصر الحجري القديم. تم تنظيم النتائج بشكل منهجي بناءً على معايير مثل العمر والجنس، بالإضافة إلى متغيرات تشمل الحجم والشكل، مما يوفر نظرة شاملة على فعالية المنهجيات في تحديد الخصائص البيولوجية.
المناقشة
يقدم قسم المناقشة في الورقة البحثية تحليلًا شاملاً لمورفولوجيا اليد باستخدام المورفومترية الهندسية (GM) لتقييم العمر والجنس البيولوجي في قوالب اليد من العصر الحجري القديم. تم جمع البيانات من 546 فردًا معاصرًا، مصنفة حسب الجنس البيولوجي والعمر، مع التركيز على الأيدي اليسرى. وجدت الدراسة تداخلًا كبيرًا في أشكال اليد عبر الفئات العمرية، حيث أسفر التحليل التمييزي عن دقة تصنيف العمر بنسبة 80.4% للعينة المعاصرة. من حيث الجنس البيولوجي، أظهر التحليل دقة أعلى للحجم (77.75%) مقارنة بالشكل (64.87%)، مما يشير إلى أنه على الرغم من وجود بعض التباين الجنسي في مورفولوجيا اليد، إلا أن التداخل بين أشكال الذكور والإناث كبير.
تشير النتائج إلى أن كلًا من الأطفال والبالغين شاركوا في إنشاء فن الصخور، مما يعكس هيكلًا اجتماعيًا أكثر شمولاً مما كان يُفهم سابقًا. كما تسلط الدراسة الضوء على الاختلافات المورفولوجية بين السكان المعاصرين وسكان العصر الحجري القديم، حيث تظهر الأيدي الأثرية أصابعًا أوسع، مما قد يرتبط بنمط الحياة البدني الشاق لصيادي وجامعي العصر الحجري القديم العلوي. يؤكد المؤلفون على ضرورة توخي الحذر عند تفسير بيانات العصر الحجري القديم بسبب الشكوك الكامنة والحاجة إلى مزيد من البحث لاستكشاف آثار نمط الحياة والعوامل البيئية على مورفولوجيا اليد. بشكل عام، تؤسس هذه الدراسة GM كأداة منهجية قيمة لتحليل فن الصخور وفهم الديناميات الاجتماعية للسكان القدماء.
DOI: https://doi.org/10.1007/s10816-025-09693-w
Publication Date: 2025-01-21
Author(s): Verónica Fernández‐Navarro et al.
Primary Topic: Forensic Anthropology and Bioarchaeology Studies
Overview
This research paper introduces the innovative application of geometric morphometrics to the analysis of Palaeolithic hand stencils, providing significant insights into the complexities of ancient rock art. By employing a comprehensive approach that integrates contemporary, experimental, and archaeological populations, the study successfully estimates age and biological sex through hand morphometry. Notably, the analysis of archaeological samples reveals a substantial representation of sub-adults, indicating that children participated in the creation of these stencils. Furthermore, the findings suggest a balanced involvement of both sexes across different age groups and cave locations, reflecting a cohesive social structure among Upper Palaeolithic communities. Statistical comparisons indicate that finger width in this ancient population is larger than in modern samples, potentially linked to a more active lifestyle.
The study marks a pioneering effort in applying geometric morphometry to rock art, demonstrating high accuracy in estimating age and biological sex. The results align with contemporary research on ichnological records, suggesting that the creation of rock art was a communal activity involving individuals of various ages and sexes. The observed differences in finger morphology may indicate adaptations to the physical demands of hunting and gathering, warranting further investigation into factors such as diet, physical activity, and environmental conditions. The methodology’s high repeatability across diverse samples underscores its robustness and potential as a valuable tool for future archaeological research, particularly in understanding the social and cultural dynamics of ancient human populations.
Introduction
The introduction of the research paper discusses sexual dimorphism in human hands, emphasizing the distinct physical characteristics between males and females that can aid in biological sex determination. Traditional skeletal studies have achieved high accuracy rates—over 80%—in identifying biological sex through specific body parts such as the pelvis, skull, and teeth. However, the overlap in characteristics between sexes can exceed 85%, complicating identification when remains are limited. This has led to a growing interest in estimating sex from alternative remains, particularly limb dimensions, including the hands, which can provide insights into various individual traits such as age, weight, and height.
The paper highlights the importance of hand morphology across multiple fields, including ergonomics, sports, and forensic science, while noting that existing studies have primarily focused on narrow age ranges or specific populations. The authors argue for a comprehensive exploration of hand morphology throughout human ontogeny, as previous research has largely overlooked the dynamic changes that occur during development. They propose the use of geometric morphometry, a method that allows for detailed analysis of shape changes over time, to investigate sexual dimorphism in human hands. This approach aims to fill the gap in understanding how hand morphology varies across different life stages and to improve biological sex estimation techniques, particularly in archaeological contexts involving Palaeolithic hand stencils.
Methods
In this study, a comprehensive methodology was developed to analyze and characterize hand representations from prehistoric contexts, utilizing a triple sampling approach. The first component involved creating an extensive catalogue of scanned human hands to establish a statistical model, as detailed in Fernandez-Navarro et al. (2024b). The second component consisted of an experimental sample mimicking archaeological hands, produced in a controlled setting with known age and biological sex, which facilitated the testing of the methodology’s effectiveness. A total of 53 hand stencils were created, documented as 3D models, and used to estimate accuracy in sex classification analysis.
The methodology employed a biometrical approach through geometric morphometrics (GMM), utilizing 32 conventional 2D landmarks from digital images of the samples. These landmarks were strategically placed at key anatomical points to ensure consistency across participants. The GMM software, including TPSdig2®, was used to analyze the data, with semilandmarks adjusted to minimize shape distortion when comparing different samples. The analysis focused on individual components of the hand, such as fingers and palms, to account for variability in hand positioning in archaeological records. Discriminant analysis was performed to classify age and biological sex based on size and shape parameters, with a focus on mature individuals. The study also included an intra-observer error assessment to validate measurement reliability, confirming that the Procrustes distances indicated acceptable measurement consistency.
Results
In the section titled “Results: Identifying Biological Age and Sex in Hand Stencils,” the study presents findings from a comparative analysis of contemporary and archaeological hand stencil samples. The contemporary sample, as detailed in Fernández-Navarro et al. (2024a), serves as a foundational reference for understanding the characteristics and behaviors associated with these samples.
The study reports success rates for various methodologies employed, as summarized in Table 4. These rates are derived from discriminant analysis results for both contemporary and experimental samples, allowing for an estimation of the hit rates for modern hand stencils and those created using techniques analogous to those of the Palaeolithic era. The results are systematically organized based on parameters such as age and sex, as well as variables including size and shape, providing a comprehensive overview of the methodologies’ effectiveness in identifying biological attributes.
Discussion
The discussion section of the research paper presents a comprehensive analysis of hand morphology using Geometric Morphometrics (GM) to assess age and biological sex in Palaeolithic hand stencils. Data were collected from 546 contemporary individuals, categorized by biological sex and age, with a focus on left hands. The study found significant overlap in hand shapes across age groups, with a discriminant analysis yielding an age classification accuracy of 80.4% for the contemporary sample. In terms of biological sex, the analysis showed a higher accuracy for size (77.75%) compared to shape (64.87%), indicating that while there is some sexual dimorphism in hand morphology, the overlap between male and female shapes is substantial.
The findings suggest that both children and adults participated in the creation of rock art, reflecting a more inclusive social structure than previously understood. The study also highlights morphological differences between contemporary and Palaeolithic populations, with archaeological hands exhibiting wider fingers, potentially linked to the physically demanding lifestyle of Upper Palaeolithic hunter-gatherers. The authors emphasize the need for caution when interpreting Palaeolithic data due to the inherent uncertainties and the necessity for further research to explore the implications of lifestyle and environmental factors on hand morphology. Overall, this study establishes GM as a valuable methodological tool for analyzing rock art and understanding the social dynamics of ancient populations.