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Studies on plasticity within the universal pattern of growth and developmet of children and adolescents

  • The anatomically modern human Homo sapiens sapiens is distinguished by a high adaptability in physiology, physique and behaviour in short term changing environmental conditions. Since our environmental factors are constantly changing because of anthropogenic influences, the question arises as to how far we have an impact on the human phenotype in the very sensitive growth phase in children and adolescents. Growth and development of all children and adolescents follow a universal and typical pattern. This pattern has evolved as the result of trade-offs in the 6-7 million years of human evolution. This typically human growth pattern differs from that of other long-living social primate species. It can be divided into different biological age stages, with specific biological, cognitive and socio-cultural signs. Phenotypic plasticity is the ability of an organism to react to an internal or external environmental input with a change in the form, state, and movement rate of activity (West-Eberhard 2003). The plasticity becomes visible andThe anatomically modern human Homo sapiens sapiens is distinguished by a high adaptability in physiology, physique and behaviour in short term changing environmental conditions. Since our environmental factors are constantly changing because of anthropogenic influences, the question arises as to how far we have an impact on the human phenotype in the very sensitive growth phase in children and adolescents. Growth and development of all children and adolescents follow a universal and typical pattern. This pattern has evolved as the result of trade-offs in the 6-7 million years of human evolution. This typically human growth pattern differs from that of other long-living social primate species. It can be divided into different biological age stages, with specific biological, cognitive and socio-cultural signs. Phenotypic plasticity is the ability of an organism to react to an internal or external environmental input with a change in the form, state, and movement rate of activity (West-Eberhard 2003). The plasticity becomes visible and measurable particularly when, in addition to the normal variability of the phenotypic characteristics within a population, the manifestation of this plasticity changes within a relatively short time. The focus of the present work is the comparison of age-specific dimensional changes. The basic of the presented studies are more than 75,000 anthropometric data-sets of children and adolescence from 1980 up today and historical data of height available in scientific literature. Due to reduced daily physical activity, today's 6-18 year-olds have lower values of pelvic and elbow breadths. The observed increase in body height can be explained by hierarchies in social networks of human societies, contrary to earlier explanations (influence of nutrition, good living conditions and genetics). A shift towards a more feminine fat distribution pattern in boys and girls is parallel to the increase in chemicals in our environment that can affect the hormone system. Changing environmental conditions can have selective effects over generations so that that genotype becomes increasingly prevalent whose individuals have a higher progeny rate than other individuals in this population. Those then form the phenotype which allows optimum adaptation to the changes of the environmental conditions. Due to the slow patterns of succession and the low progeny rate (Hawkes et al. 1998), fast visible in the phenotype due to changes in the genotype of a population are unlikely to occur in the case of Homo sapiens sapiens within short time. In the data sets on which the presented investigations are based, such changes appear virtually impossible. The study periods cover 5-30 to max.100 years (based on data from the body height from historical data sets).show moreshow less
  • Der anatomisch moderne Mensch Homo sapiens sapiens zeichnet sich durch eine hohe Anpassungsfähigkeit von Physiologie, Körperbau und Verhalten an sich kurzfristig ändernde Umweltbedingungen aus. Daraus ergibt sich die Frage inwieweit anthropogene Umweltbedingungen die sehr sensible Wachstumsphase von Kindern und Jugendlichen beeinflussen können. Das universelle und für den Menschen typische Wachstums- und Entwicklungsmuster mit unterschiedlichen biologisch, kognitiv und soziokulturell abgrenzbaren Entwicklungsstadien, welches sich in 6-7 Millionen Jahren menschlicher Evolution herausgebildet hat, unterscheidet sich von dem anderer langlebender sozialer Primaten. Phänotypische Plastizität ist die Fähigkeit eines Organismus sich in Form, Zustand, Aktivitätsrate oder Verhalten an unterschiedliche Umweltbedingungen anzupassen (West-Eberhard 2003). Beim Menschen wird diese Plastizität u.a. sichtbar, wenn sich anthropometrisch bestimmbare Merkmale im Vergleich von Populationen in relativ kurzer Zeit ändern. Der Schwerpunkt der vorliegendenDer anatomisch moderne Mensch Homo sapiens sapiens zeichnet sich durch eine hohe Anpassungsfähigkeit von Physiologie, Körperbau und Verhalten an sich kurzfristig ändernde Umweltbedingungen aus. Daraus ergibt sich die Frage inwieweit anthropogene Umweltbedingungen die sehr sensible Wachstumsphase von Kindern und Jugendlichen beeinflussen können. Das universelle und für den Menschen typische Wachstums- und Entwicklungsmuster mit unterschiedlichen biologisch, kognitiv und soziokulturell abgrenzbaren Entwicklungsstadien, welches sich in 6-7 Millionen Jahren menschlicher Evolution herausgebildet hat, unterscheidet sich von dem anderer langlebender sozialer Primaten. Phänotypische Plastizität ist die Fähigkeit eines Organismus sich in Form, Zustand, Aktivitätsrate oder Verhalten an unterschiedliche Umweltbedingungen anzupassen (West-Eberhard 2003). Beim Menschen wird diese Plastizität u.a. sichtbar, wenn sich anthropometrisch bestimmbare Merkmale im Vergleich von Populationen in relativ kurzer Zeit ändern. Der Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit ist es, altersspezifische Änderung von Körpermaßen (Skelettbreiten, Körperendhöhe und Fettverteilungsmuster) aufeinanderfolgender Populationen in Abhängigkeit von neuen Umweltparametern zu vergleichen. Dem liegen ca. 75 000 anthropo-metrische Datensätzen von Kindern und Jugendlichen seit 1980 bis heute und historische Datensätze aus der Literatur zugrunde. Aufgrund verringerter alltäglicher Bewegung haben heutige 6-18-Jährige geringere Werte der Becken- und der Ellenbogenbreiten. Die beobachtete Zunahme der Körperhöhe lässt sich entgegen früherer Erklärungen (Einfluss von Ernährung, guter Lebensbedingungen und Genetik) durch Hierarchien in sozialen Netzwerken menschlicher Gesellschaften erklären. Eine Verschiebung zu einem eher weiblichen Fettverteilungsmuster bei Jungen und Mädchen findet sich parallel zur Zunahme von Chemikalien in unserer Umwelt, die das Hormonsystem beeinflussen können. Die beschriebene Plastizität des Phänotyps findet im Rahmen des genetisch manifestierten Wachstumsmusters bei Kindern und Jugendlichen statt. Epigenetische Einflüsse können nicht ausgeschlossen werden, sind aber an Körpermaßdaten per se nicht bestimmbar. Die Veränderung der analysierten Körpermaße unterstreicht, dass der Phänotyp des Menschen sich an veränderte Umweltbedingungen sehr plastisch anpassen kann. Wegen der langsamen Generationenfolge und Entwicklung des Menschen sind derartige eigentlich kurzfristige Veränderungen nur über einen Zeitraum von mindestens 5-30 Jahren zu beobachten.show moreshow less

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Metadaten
Author:Christiane Scheffler
Referee:Jana Anja EccardORCiDGND, Gisela GrupeGND, Ursula Wittwer-BackofenGND
Document Type:Habilitation
Language:English
Year of first Publication:2018
Year of Completion:2018
Publishing Institution:Universität Potsdam
Granting Institution:Universität Potsdam
Date of final exam:2018/06/15
Release Date:2018/07/23
Tag:Fat Patterning; body height; plasticity; secular trend; skeletal breadth measurement
Pagenumber:207
Organizational units:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Biochemie und Biologie
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 57 Biowissenschaften; Biologie / 570 Biowissenschaften; Biologie