在欧洲同步加速器辐射设施的ID19梁线（法国格勒诺布尔）的ID19梁线上扫描了Cranium D2700和相关的下颌骨D2735。使用PPC-SRµCT进行体积扫描。对于一般的牙齿形态评估以及安德森线的计数，在两个连续的一系列实验中使用了两种构型。首先使用的体素尺寸为4.89 µm，单色束设置为51 keV，以利用5μmThickGadox闪烁体的Gadolinium k-Edge。第二次系列发生在几年后，经过ID19光束线的实质性技术演变，并使用5.06 µm的体素大小使用多色光束进行，其光谱用钨滤光片形成了光谱，以隔离Lutecium的K-Garnet-Garnet-Garnet-（cernet-cerimiuim）Scintiltor（63）（63）钨滤器（69.5 keV）。由于通量较高和能量较高，并且具有完美的光束稳定性和提高的连贯性，因此这种组合的扫描速度比单色设置更快，从而导致了更好的相位对比度成像。在这两种情况下，传播距离均为5,000 mm，并且扫描均为半决赛几乎是检测器视野的两倍。此外，在65 keV时以0.75μm的范围进行了每日周期性评估的扫描，同时也进行了半决赛。所有扫描参数均在补充数据1中列出，并且在扩展数据中列出了单色和多色结果的比较图7。
根据至少一种牙齿的PPC-SRµCT数据跟踪牙齿发育（补充数据1）。使用软件VGSTUDIO MAX V.3.4及以后（音量图形GMBH），生成了通过牙齿的虚拟横截面，以最佳地可视化搪瓷（Retzius Lines）和Dentin（Andresen Lines）中的微结构生长线。最佳的横截面（称为发育平面55）被定义为通过给定的牙齿喇叭的平面和基础纸浆腔的顶部。飞机的X轴沿Bucco语言方向及其Y轴沿牙齿的纵轴定向。平面的厚度（z轴深度）设置为100至150 µm之间的值。这些“厚部分”的使用增强了牙齿中发育微观结构的可见性。
自爆发以来，Dmanisi个体的几个牙齿经历了很大的磨损，这证明了缺失的牙釉质尖端和牙本质角尖端（扩展数据图3）。由于该标本牙齿中最相关的微观结构发育信息来自牙本质（请参阅“每日分泌率”），因此我们专注于重建牙本质角的相对较小的缺失的顶端体积（扩展数据图3），使用保存良好的牙齿作为指南。在几个独立的会议中重复了此过程。该推论程序固有的重建不确定性反映在牙齿发育时机和死亡时代的计算中（补充数据1）。
牙齿发育的一般顺序是由牙齿启动，出现和完成其生长的顺序定义的。个人发育过程中重力的主要压力发作往往会影响整个牙列，从而导致生长不连续性，这表现为外冠表面上的应力线，以及在搪瓷和牙本质生长线的微观记录中。此刻，给定的应力事件在目前仍处于搪瓷和/或牙本质沉积阶段的所有牙齿上留下了痕迹。该特性是将单个牙齿发育放置在普通时间范围内的重要先决条件（扩展数据图2）。在DManisi牙列中，可以识别六个重大的应力事件（补充数据1中的1到6，在图2中分配了不同的颜色）。通过retzius和Andresen线之间的互相关来确保这些应力线在所有牙齿上的匹配，并通过与Enamelo-Dentin连接的三维拓扑结构以及根表面的夜间（扩展数据4）和后期的搪瓷数据（扩展数据图）进行比较，以进一步验证。56。
牙釉质和牙本质的沉积表现出短期（每日）和长期（几天）的周期性。在虚拟的PPC-SRµCT横截面中，每天的增量生长结构可见为牙釉质中的跨层分裂（或层压板）（约为1-3μm）6。通常，在中外侧cuspal搪瓷的相对平坦的区域中，交叉裂缝最为明显。在搪瓷中，长周期结构可见为retzius线（沿搪瓷棱镜测量的约30-40μm的大小）。连续的retzius线之间的每日增量数给出了长期周期性的值。这是一种特性在给定物种的个体之间有所不同（例如，在人类中，5至12天28,57），但尽管有相反的共识，但有时在给定个体中也会有所不同。例如，在n = 40的现代人类样本中，18个个体（45％）的长期周期性变化，前牙的持续时间比后牙列持续时间更长57。
为了确定D2700/D2735牙列的实际长期截面性，在urp4，urc，ulm3和lrm3上进行了0.72 µm的搪瓷扫描，并直接跟踪并在长期过程（补充数据1和2和2数据）之间进行追踪和计数。每个牙齿都由两个独立的观察者评估，并在牙齿上进行178个独立的测量。由于数据中有很强的人工制品和标本的不完美保存，因此观察到3到9天之间的周期性。6天的周期性占测量值的41％，5天的周期性31％，其他周期性为28％。鉴于这些值的非正常分布（补充数据2）（Kolmogorov – Smirnov检验：F = 0.2465，P <9.1693×10-10），分别进行了Wilcoxon检验，以分别与5、6和7天的预期周期性进行比较。观察到6天周期性的预期数据和实际数据之间的唯一匹配（p <0.23），而5（8.51×10-9）和7天（7.31×10-10）的结果表明预期分布和观察到的分布之间存在显着差异。我们的数据没有显示长期持续时间的原始梯度梯度的证据57。因此，我们使用6天的周期性来通过计算Retzius和/或Andresen线来重建所有牙齿的发育曲线，并将总线数乘以长期周期持续时间。
在D2700/D2735标本中，在可用的素分辨率（4.89和5.06 µm）处几乎看不见Cuspal搪瓷（retzius line）中的长周期线，这阻止了每日搪瓷分泌率的直接测量。但是，D2700/D2735牙齿表现出异常保存完好的牙本质微观结构，这可以通过计算清晰可见的那些区域的安德森线来推断每日分泌率。具体而言，对牙本质的每日分泌率进行了评估，如下所示。测量了给定良好保存完好的原代牙本质小管的长度（l，微米）（次级牙本质倾向于显示Andresen线模式的压缩），并且计算了Andresen线间隔的数字A。然后将每日分泌率（s，每天以微米为单位）评估为s = l/（a×p），其中p是天的周期性（扩展数据图2）。与人类和黑猩猩30,58相比，所得值为4.28μm，但由两个观察者进行了交叉验证，并且当组合不同的信息来源时，获得了一致的结果。最后，将这些信息与安德森线的计数和交叉匹配的应力标记（在搪瓷和牙本质中都可以看见）结合起来，以重建整个牙列的绝对发育年代（补充数据1）。
牙齿喷发时间是根据根的最大扩展率估算的，称为根生长32,58（扩展数据图2）。确定根延伸率的方法是根据先前的研究58,59进行的，并进行如下进行。沿着水泥丁丁交界处，将第一个200μm直径的圆放在子宫颈上，第二个圆圈位于cemento-dentin结和安德森线之间的连接处，第二个对齐，在第一个圆的侧面切向通过（扩展数据2）。沿根的长度始终重复此过程。两个圆之间沿根外表面的最大距离标记了最大延伸速率，即根生长突变。
在大猿类中，根生长突破与牙齿喷发时期相吻合，而在现代人类中，生长突飞猛进先于爆发32,58（补充数据4）。因此，在Dmanisi个体中，应将根生长的最大生长速率视为牙齿喷发时间的最小估计值。此外，牙齿喷发是几个月内发生的过程。因此，我们将估计的喷发期表示为最大根延伸率的时间点±3个月（图2和扩展数据图2）。应当指出的是，在发育中的最后三分之一的三分之一磨牙中可以看到这种根生长突变，而这些牙齿在个人死亡之前爆发了相当长的时间，如轻度磨损方面所示。这支持了我们的基本假设，即该个体中的根生长趋于与牙齿喷发一致。
牙齿牙冠和根的时间校准的微观结构生长数据允许在D2700/D2735的整个寿命中重建牙齿发育的完整序列，从启动到每个牙齿的完成。所得图在图2中可视化，并在补充数据2中显示了基础数据。这些数据用于确定个体死亡时的年龄及其纵向牙科的原子遗传学轨迹。
死亡的年龄对应于牙齿发育的总时间，从第一批磨牙的牙冠开始（根据其磨损尖端的重建估计）到第三磨牙根部的最后一个沉积的牙本质表面。由于M1新生儿线因牙齿磨损而丢失，因此必须从比较数据中估算DManisi的M1冠开始年龄。在人类中，M1的启动范围从大约0.15年前到出生后的0.03年，即-0.06±0.09年（参考文献60,61）。随着M1启动设置为出生（0年），P.T.进行了两项独立分析。V.B.在死亡时产生11.42±0.56岁的年龄（补充数据1）。除此数字外，M1的启动范围在DManisi死亡时产生了以下上限和下限：-0.15+11.42 - 0.56 = 10.71和0.03+11.42+11.42+0.56 = 12.01年，共同产生11.36±0.65岁。
通过第三磨牙的根闭合达到牙齿成熟度。通过与同源完整的M2根相比，可以估计D2700/D2735 M3S中根闭合的时间。将M3根缩放以匹配M2根的大小。沿M2牙本质小管，测量了从M3根的开放端到封闭的M2根尖端的距离。将此距离缩放到原始的M3尺寸，并假设平均牙本质分泌率为4.28μm，可提供469-561天（约1.3–1.5岁）至M3根完成。牙齿成熟年龄的上限和上限为10.71+1.3 = 12.0岁，12.01+1.5 = 13.5岁。
使用视频以6个月的间隔（从出生到死亡）以发育平面部分的形式（补充视频1）以6个月的时间间隔（补充视频1），使用视频（补充视频1）来可视化轨迹。第二个视频（补充视频2）以虚拟伪正常图的形式显示了相同的数据，可以在某种程度上将其与临床X射线照相矫形抗体图进行比较。
这些视频是根据在本体发育轨迹的特定时间点上连续的虚拟快照构建的，如下所示。每个牙齿的发育平面（如上所述）被用作基础图像。在每个图像上，我们首先注释应力线（图2和扩展数据图4-6），这是绝对时间标记。然后，我们将牙本质和搪瓷延伸率作为时间的相对测量，然后我们每6个月（从出生到死亡）每6个月内插入Andresen和Retzius线的位置。然后，从完整的发育平面上进行后退，实际上将牙科材料删除，并将所得图像保存为每个6个月步骤的快照。视频是从单齿图像序列中重新制定的，如下所示。对于每个系列（上和下牙），定义了两个参考线以分别确定出现前后牙齿的位置。在出现前线处将出现前牙齿放置在最远端的部分，而后出现后牙齿则以最近端的部分（冠状）（冠状）位于出现后线。最后，将每个时间步骤的所有牙齿的图像合并在一起，并将定时快照组合在一起以形成视频。在这些视频中没有模拟牙齿磨损的效果，因为对此过程进行准确的插值非常困难，因此冠有重建的尖尖尖（通过它们具有比保留的搪瓷更高的密度识别），并且仅在死亡时显示实际的牙齿磨损。
D2700/D2735的较长牙齿发育记录一直到亚成年阶段（发达但开放的M3根），可以重建一个几乎完整的牙科种植轨迹。对于化石人类的纵向轨迹，单个纵向轨迹的恢复是独一无二的，甚至对于生物物种的个体，通常通过将轨迹结合起来通过结合个体遗传学系列而不是纵向个体遗传学样本来获得轨迹。先前开发的评分系统13使得可以将虚拟部分与放射线照相调查进行比较，以确定从出生到死亡的6个月间隔的整个牙列的整体成熟状态。具体而言，按照参考文献中描述的步骤，在每个时间步骤中对每个牙齿的成熟态（I1，…，M3）进行评分。13。然后将从虚拟组织学部分获得的结果DMS（DMSI1，…，DMSM3）转换为等效的临床放射学分数13，以允许与文献中的X光学数据进行直接比较。最后，在每个时间步骤中，将所有牙齿的DMS求和以获得总DM（标准化为100％）。在图3（DMSI1，…，DMSM3）和图4（总DMS）中，可视化了D2700/D2735的纵向个体发生轨迹。
从文献中收集了有关已知年龄黑猩猩和人类发展牙列的比较数据（补充数据4）。黑猩猩的数据来自参考。35,36,62，包括所有八种永久性牙齿类型（I1-M3）。已知的人类数据集是根据研究所有八颗牙齿（I1–M3）（参考文献40,63,64,65）或七颗牙齿（I1-M2）（参考文献63,65,65,65,666,67,68,69,69,69,69,70,70,71,72,72）的研究组合。Pan Paniscus的比较数据来自参考。74。大猩猩和庞戈的数据是从收集标本的医疗CT扫描中获取的（补充数据4和参考文献38）。从文献9,12,13,48,75,76,77中收集了代表Australopithecus，Paranthropus和早期同性恋的化石源泉标本的牙齿个体发育数据的数据。关于M1喷发的比较数据来自参考。32,34,38,78。
我们比较分析中使用的主要数据是每种牙齿类型的DMS（DMSI1，…，DMSM3）和整个牙列的DMS（总DMS = DMSI1，…，DMSM3的总和）。纳入的研究基于不同的牙科成像方法（牙科射线照相，CT，基于同步加速器的层析成像），并使用了不同的DMS系统，该系统需要先前的校准和标准化13,79。作为常见参考，我们使用了Demirjian DMS System66，该系统将牙齿成熟分为八个阶段（冠状和根形成每个阶段四个阶段）。在补充数据4中列出了用于将10，12和14阶段DMS系统转换为8阶段Demirjian系统的校准方案。所有校准数据均标准化为完全牙齿的总DMS = 100％。一致性检查以确保数据的可比性详细描述下面。这些检查表明，经过校准后，由于使用不同的成像方法和不同的评分系统而导致的潜在残留偏置并未超过黑猩猩和/或人类的1岁年龄箱中发现的自然变异。
我们分析了整个牙列的个体发育（以下称为牙科个体发育），并专注于两个方面，即个体发生模式和速率。
个人牙列的个体发生模式由八种牙齿类型的DMS（DMSI1，…，DMSM3）给出。对于n个样品的样品，该样品产生了n×8 dms矩阵。为了分析这些多元数据，我们使用了参考文献中提出的方法。35。使用软件JMP V.15.2（SAS Institute Inc.），在N×8 DMS矩阵上进行了PCA，导致八个PC占样品中总方差的最大比例。通常，PCA的前几个组件包括样品中总方差的很大一部分，这允许在低维子空间中可视化样品中相关变异模式。
我们在这里称之为DMS-PCA方法，使得可以记录沿着个体发育轨迹和跨个体遗传轨迹的变异，并识别不同牙齿类型的成熟状态相对于彼此的成熟状态之间的特异性差异（图3B）。个体发育轨迹从没有牙齿（0,0,0,0,0,0,0,0）开始，结束于所有八个完全形成的牙齿（1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1），因此，在多元空间中，所有轨迹都具有相同的起点，然后是相同的起点，然后偏离了单个最终点。因此，在轨迹的中间，分类单元歧视是最好的。
在我们对图3b的分析中，PC1占沿个体发育轨迹的变化，基本上等同于总DM（PC1 = -16.105+0.284×DMS； R2 = 0.9999; P <0.0001），如前所述。35，PC2考虑了轨迹之间特定于分类群的差异。重要的是要注意，个体年龄不是DMS-PCA的一部分，而是通过多元空间作为时间标准分类群特异性轨迹的外部变量。因此，分析中也可以包括未知个体年龄的标本，例如野生生猿和许多人类化石。
虽然DMS-PCA方法提供了牙科种植模式的详细而全面的图片，但我们注意到，替代性统计方法已被用来对牙齿牙齿，人类和化石种子化的牙科种植模式之间的差异得出相似的结论。48,80。
为了量化给定个体或分类单元的牙列开发的速率，绘制了DMS（DMSI1，…，DMSM3的总和）的总数。所得的总DMS轨迹在图4A中可视化。此外，为了概括分类群特异性轨迹之间的差异，我们评估了瞬时的个性遗传速率=（dms（ti） - dms（ti-Δt））/ΔT，ΔT= 0.5岁（图4B）。然后，使用MS Excel V.16.16.27软件（Microsoft Office），一个移动平均功能，包括时间步骤Ti-ΔT，Ti和Ti+ΔT，ΔT= 0.5年，在某种程度上将其应用于级别，以在某种程度上升级，由于SCORESS PROCECTURE PROCEPURE PROCEPURE PROCEPURE PROCEPURE PROCEPTURE SCOCOTE性质而导致的不连续性（补充数据4）。从参考文献中的数据中评估了黑猩猩的瞬时个体发生率轨迹。35,36,62。每个人群的成熟评分数据评估了人类的瞬时个体发生率轨迹的八个牙齿40,63,64,65,81或七个牙齿63,65,65,67,68,69,69,70,72,73。人类DMS轨迹显示了DGS，其时机在人群之间有所不同（6.3-8.5岁）（请参阅主要文本和扩展数据表1）。上层范围（8。5年）与M3冠的启动很大程度上是一致的，因此与八个teeth得分方案相比，七尖的得分方案不太可能偏向DGS估计。
为了评估不同的成像方法和不同的评分方案如何影响牙科种子遗传学率和模式的评估，我们使用了来自芬兰儿童牙科的两项独立研究的数据，此处名为Haavikko70（参考文献40）和NyStröm07（参考文献82）。Haavikko70数据基于十阶段的DMS方案，而Nyström07数据使用了八阶段的Demirjian方案66。为了评估成像方法学（传统的牙科射线照相和基于断层扫描的虚拟组织学）的影响，我们使用参考资料中提出的转换方案将Haavikko70数据从原始X射线学到组织学（层析成像）分数重新编码。13。为了评估数据标准化的效果，我们将Haavikko70数据与补充数据4中提出的十到八个阶段的重新编码方案进行了重新编码。组织学。我们评估了DMS-cers-age轮廓（扩展数据图8A），并使用DMS-PCA通过多元空间来可视化个体发生轨迹（扩展数据图8B）。然后结果表明，不同的评分方案产生了不同的DMS-vers-age概况，但是标准化导致了两个数据集之间的良好对应关系。如前所述12,13,83，来自虚拟组织学的未校准数据产生的总dms-age-age概况始终比基于射线照相的概况更先进。然而，有趣的是，在DMS-PCA空间中，所有四个数据集（经校准和未校准）均显示出牙齿成熟轨迹，这些轨迹在很大程度上是重合的，这表明DMS-PCA对于成像方法和评分系统的差异而言是强大的。
为了评估不同DMS方案对DGS评估的影响，我们比较了来自芬兰儿童的三项独立研究40,67,82的牙齿成熟数据。这些研究使用了不同的评分方案（十个阶段与八个阶段），以及不同的牙齿阵列（包括/排除M3）（扩展数据图8C和补充数据4）。然而，DMS速率峰沿年龄轴相似的位置（扩展数据图8D），表明DGS的评估对于DMS评分方案的差异是牢固的。
DMS-PCA是在已知的人类和黑猩猩上进行的。如图8E所示，在连续1年龄段围绕1 s.d.密度椭圆之间存在汇率内重叠。沿轨迹的1年龄组内的自然变化往往大于校准后对不同数据采集和评分方法的潜在偏差（扩展数据图8B）。
有关研究设计的更多信息可在与本文有关的自然投资组合报告摘要中获得。