Frontal sinus variation in extant species of the genera Pan, Gorilla and Homo

Résumé En Fr

Frontal pneumatisation is not present in all primates, and among extant species, ethmoidally-derived frontal sinuses are present only in the genera Pan, Gorilla and Homo. A simple and repeatable method is described here to quantify variation in the shape, size and bilateral variation of the frontal sinuses. This has allowed the first large study of these variables, including analyses of large samples of P. paniscus, P. troglodytes, G. gorilla and of several geographically diverse populations of H. sapiens. Frontal sinus shape and size are potential phylogenetic markers in primate systematics. We suggest that, in contrast to an allometric relationship between endocranial and frontal sinus form in Pan and Gorilla, H. sapiens is autapomorphic in having highly variable, supero-inferiorly large frontal sinuses, whose size is unrestricted by variation in cranial form. However, we also describe differences in frontal pneumatisation between those taxa. H. sapiens differs from the other taxa in having relatively smaller frontal sinuses that are more variable in shape and size. In P. troglodytes, P. paniscus and G. gorilla, the shape and size of frontal pneumatisation correlates positively with the overall size of the braincase. This suggests that the large space available in the bone structures of the non-human primates analysed allows the sinuses to develop under only slight constraint (if any) from surrounding structures. In H. sapiens, a significant correlation is observed between the asymmetry in the anterior extension of the frontal lobes of the brain and the shape and extension of the frontal sinuses. We suggest that the more vertical orientation of the H. sapiens frontal bone, its reduced thickness, the reduction of the supraorbital tori and the increased influence of the frontal lobes appear to have modified the integration between the skull, brain and sinuses in the frontal region in our species compared to our nearest extant relatives. Our results reduce the possibility of a strong functional origin for the variation in size and shape of the frontal sinuses in the primates analysed.

La pneumatisation frontale n’est pas présente chez tous les primates, et parmi les espèces actuelles, les sinus frontaux d’origine éthmoïdale ne sont présents que dans les genres Pan, Gorilla et chez Homo. Nous avons développé une méthodologie simple et reproductible, quantifiant la variation de la forme, la taille et la variation bilatérale des sinus frontaux. Cela permet la première grande étude de ces variables, y compris des analyses de grands échantillons de P. paniscus, P. troglodytes, G. gorilla et de plusieurs populations géographiquement diverses d’H. sapiens. Nous montrons que la forme et la taille des sinus frontaux sont intéressantes en tant que marqueurs phylogénétiques potentiels dans la systématique des primates. Nous proposons qu’une condition primitive est observée chez P. paniscus, P. troglodytes et G. gorilla par rapport à H. sapiens. Cependant, nous décrivons également les spécificités de la pneumatisation frontale entre ces taxons. H. sapiens se distingue des autres espèces actuelles par des sinus frontaux relativement plus petits, de forme et de taille plus variables, avec une extension relative latérale et antéro-postérieure limitée et dont le développement n’est pas lié à la taille du crâne. Sur la base de ces connaissances uniques, nous explorons les causes et les modalités de l’expression des sinus. Chez P. troglodytes, P. paniscus et G. gorilla, la forme et la taille de la pneumatisation frontale sont positivement corrélés avec la taille globale du crâne. Cela suggère que le grand espace disponible dans les structures osseuses des primates non-humains étudiés donne aux sinus la possibilité de se développer d’une manière moins contrainte par les structures environnantes. Au sein de notre propre espèce, la variation observée dans la forme, la disposition et la variation bilatérale de ces structures est beaucoup plus importante que chez les autres espèces étudiées. De plus, chez H. sapiens, une corrélation significative est observée entre le schéma d’asymétrie vers l’avant des lobes frontaux et la forme et l’extension des sinus frontaux. Nous suggérons que l’orientation plus verticale de l’os frontal, son épaisseur réduite, la réduction des superstructures supraorbitaires et l’influence accrue des lobes frontaux ont modifié l’intégration entre le crâne, le cerveau et les sinus dans la région frontale chez notre espèce par rapport aux autres espèces. Nos résultats affaiblissent également la possibilité d’une forte origine fonctionnelle pour la variation de taille et de forme des sinus frontaux chez les espèces de primates étudiées.