一种分层贝叶斯框架可容纳多变量性状的种内与种间变异

系统发育比较方法是生物学中的关键工具，为检验表型多样化的进化假说提供了理论框架。在这些分析中纳入种内变异对于获得准确的进化推断至关重要，但现有的多变量方法要么假定性状独立进化，要么假定所有分类单元共享相同的种内协方差结构。若这些假设被违反，则可能导致进化参数估计产生偏倚。 在此，我们提出了一个针对多变量性状的分层贝叶斯框架，该框架能够在估计潜在进化过程的同时，联合估计分类单元特异的种内协方差结构。该框架可传播由样本量差异和缺失数据带来的不确定性，从而使高度可变的形态性状能够被纳入系统发育分析中。对模拟数据的分析表明，我们的框架实现了校准良好的覆盖率（95%）；相比之下，将分类单元均值视为无误差已知的标准做法会使覆盖率降至70%，这证实了忽略种内变异会产生系统性偏倚的进化推断。 我们将该框架应用于估计大猿类（包括现代人和尼安德特人）中，构成周波纹分布多样性基础的进化速率和种内分布。我们表明，与其他大猿相比，人属犬齿周波纹间距很可能是在一种与非人猿显著不同的机制下进化的，其中牙颈部釉质既表现出快速进化，又呈现出协调的模块化方式。我们进一步发现，相较于晚期人属和黑猩猩，大猩猩和猩猩在周波纹间距方面表现出显著的保守性。这些结果以及我们的方法——其也适用于其他多变量性状——首次对整个大猿类支系中的一种釉质生长性状进行了系统发育上严格的刻画，并确立了种内不确定性传播作为多变量系统发育分析必要组成部分的地位。

系统发育比较方法是生物学中的关键工具，为检验表型多样化的进化假说提供了理论框架。在这些分析中纳入种内变异对于获得准确的进化推断至关重要，但当前的多变量方法要么假定各性状独立进化，要么假定所有分类单元共享相同的种内协方差结构。违反这些假设会导致进化参数估计产生偏倚。

在此，我们提出了一个针对多变量性状的层级贝叶斯框架，该框架在估计潜在进化过程的同时，联合估计分类单元特异的种内协方差结构。该框架能够传播由样本量差异和缺失数据带来的不确定性，从而使高度可变的形态性状能够被纳入系统发育分析。

对模拟数据的分析表明，我们的框架能够实现校准良好的覆盖率（95%）；相比之下，将分类单元均值视为无误差已知量的标准做法会使覆盖率降至70%，从而证实忽略种内变异会造成系统性偏倚的进化推断。

我们将该框架应用于估计大猿类（包括现代人和尼安德特人）齿釉横纹分布多样性背后的进化速率和种内分布。我们表明，与其他大猿类相比，Homo属犬齿齿釉横纹间距很可能是在一种与非人猿显著不同的进化机制下演化的，其中牙颈部釉质既快速演化，又以协调的、模块化的方式发生变化。

我们进一步发现，与晚期Homo和Pan相比，Gorilla和Pongo在齿釉横纹间距上表现出显著的保守性。这些结果以及我们所提出的方法——其同样适用于其他多变量性状——首次以系统发育上严谨的方式刻画了整个大猿类支系中的一种釉质生长性状，并确立了种内不确定性传播是多变量系统发育分析中不可或缺的组成部分。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.05.28.728593v1?rss=1

🏷️ 系统发育比较 分层贝叶斯 多变量性状 种内变异 进化推断 大猿类形态