Variation in Paranasal Pneumatisation between Mid-Late Pleistocene Hominins

Variation de la pneumatisation paranasale des hominines du Pléistocène moyen finale

¹ Department of Anthropology (Evolutionary Wing), University of California, Davis, 1 Shield’s Avenue, Davis, California, 95616, USA
² Centre for Research in Evolutionary, Social and Inter-disciplinary Anthropology, Department of Life Sciences, University of Roehampton, Holybourne Avenue, London, SW15 4JD, UK
³ Human Origins Research Group, Department of Earth Sciences, Natural History Museum, Cromwell Road, London, SW7 5BD, UK
⁴ Department of Anthropology, Durham University, Dawson Building, South Road, Durham, DH1 3LE, UK

^* e-mail : lbuck@ucdavis.edu

Received: 23 April 2018
Accepted: 24 July 2018

Abstract

There is considerable variation in mid-late Pleistocene hominin paranasal sinuses, and in some taxa distinctive craniofacial shape has been linked to sinus size. Extreme frontal sinus size has been reported in mid-Pleistocene specimens often classified as Homo heidelbergensis, and Neanderthal sinuses are said to be distinctively large, explaining diagnostic Neanderthal facial shape. Here, the sinuses of fossil hominins attributed to several mid-late Pleistocene taxa were compared to those of recent H. sapiens. The sinuses were investigated to clarify differences in the extent of pneumatisation within this group and the relationship between sinus size and craniofacial variation in hominins from this time period. Frontal and maxillary sinus volumes were measured from CT data, and geometric morphometric methods were used to identify and analyse shape variables associated with sinus volume. Some mid-Pleistocene specimens were found to have extremely large frontal sinuses, supporting previous suggestions that this may be a diagnostic characteristic of this group. Contrary to traditional assertions, however, rather than mid-Pleistocene Homo or Neanderthals having large maxillary sinuses, this study shows that H. sapiens has distinctively small maxillary sinuses. While the causes of large sinuses in mid-Pleistocene Homo remain uncertain, small maxillary sinuses in H. sapiens most likely result from the derived craniofacial morphology that is diagnostic of our species. These conclusions build on previous studies to overturn long-standing but unfounded theories about the pneumatic influences on Neanderthal craniofacial form, whilst opening up questions about the ecological correlates of pneumatisation in hominins.

Résumé

Les sinus paranasaux des hominines du Pléistocène moyen final présentent une variation morphologique considérable. Chez certains taxons, la taille des sinus semble-t-être liée à une morphologie craniofaciale particulière. Les fossiles du Pléistocène moyen, souvent rattachés au taxon H. heidelbergensis, présentent des sinus frontaux de taille extrêmement importante. Cette caractéristique est partagée avec les Néandertaliens, chez qui une taille importante des sinus frontaux semble expliquer la forme spécifique de leur morphologie faciale. Dans cette étude, nous comparons les sinus d’hominines attribués à plusieurs taxons du Pléistocène moyen final à ceux d’H. sapiens récents. Les sinus ont été étudiés pour clarifier les différences dans l’étendue de la pneumatisation au sein de ce groupe et la relation entre la taille des sinus et la variation craniofaciale chez les hominines de cette période. Les volumes des sinus frontaux et maxillaires ont été mesurés à partir de données tomodensitométriques, et des méthodes de morphométrie géométrique ont été utilisées pour identifier et analyser les variables de conformation associées au volume sinusal. Certains spécimens du Pléistocène moyen ont des sinus frontaux extrêmement grands, ce qui renforce l’hypothèse précédemment suggérée selon laquelle des sinus de grandes tailles pourraient être diagnostiques de ce groupe. Cependant, et contrairement aux affirmations traditionnelles, les hominines du Pléistocène moyen et les Néandertaliens n’ont pas de grands sinus maxillaires, ce sont les H. sapiens qui présentent des sinus maxillaires particulièrement petits. Alors que les raisons expliquant la grande taille des sinus chez les hominines du Pléistocène moyen restent à définir, les petits sinus maxillaires des H. sapiens résultent très probablement de la morphologie craniofaciale dérivée de notre espèce. Ces conclusions contredisent des hypothèses anciennes, mais non fondées, sur l’influence de la pneumatisation sur la morphologie craniofaciale néandertalienne, tout en ouvrant des perspectives sur les corrélats écologiques de la pneumatisation chez les hominines.