En omfattande ny studie av fossiler som sträcker sig över fyra miljoner år tyder på att kroppsstorlek och kroppsmassa avancerat i olika hastigheter under utvecklingen av homininer - vars förfäders härstamning Homo sapiens ensam existerar fortfarande.

Publicerad idag i tidningen Royal Society Open Science , forskningen visar också att snarare än att stadigt öka i storlek, homininkroppar utvecklades i "puls och stasis" fluktuationer, med vissa härstamningar som till och med krymper.

Fynden är från den största studien av homininkroppsstorlekar, som involverar 311 exemplar från de tidigaste upprättstående arterna för 4,4 miljoner år sedan ända fram till de moderna människorna som följde efter den senaste istiden.

Medan forskare beskriver den fysiska utvecklingen av olika homininarter som en "lång och slingrande väg med många grenar och återvändsgränder", de säger att breda mönster i data tyder på explosioner av tillväxt i nyckelstadier, följt av platåer där lite förändrats under många årtusenden.

Forskarna var förvånade över att hitta en "frikoppling" av bulk och resning för omkring en och en halv miljon år sedan, när homininer växte ungefär 10 cm längre men inte konsekvent skulle få någon tyngd under ytterligare en miljon år, med en genomsnittlig ökning på 10-15 kg som inträffar runt 500, 000 år sedan.

Innan denna händelse, höjd och vikt hos homininarter verkade utvecklas ungefär "i samförstånd", säger författarna till denna första studie för att gemensamt analysera båda aspekterna av kroppsstorlek under miljontals år.

"En ökning av enbart växtlighet skulle ha skapat en smalare kroppsbyggnad, med långa ben och smala höfter och axlar. Detta kan ha varit en anpassning till nya miljöer och uthållighetsjakt, så tidigt Homo arter lämnade skogarna och gick vidare till mer torra afrikanska savanner, " säger huvudförfattaren Dr Manuel Will från Cambridges arkeologiska avdelning, och en forskare vid Gonville och Caius College.

"Det högre förhållandet mellan yta och volym hos en lång, smal kropp skulle vara en fördel när man förföljer djur i timmar i den torra värmen, eftersom ett större hudområde ökar kapaciteten för avdunstning av svett."

"Det senare tillskottet av kroppsmassa sammanfaller med ständigt ökande migrationer till högre breddgrader, där en skrymmande kropp skulle vara bättre lämpad för termoreglering i kallare eurasiska klimat, " han säger.

Dock, Dr Will påpekar att även om dessa är giltiga teorier, stora luckor i fossilregistret fortsätter att maskera absoluta sanningar. Faktiskt, Will och kollegor fick ofta uppskatta kroppsstorlekar från mycket fragmenterade rester - i vissa fall från bara ett enda tåben.

Studien fann att kroppsstorleken var mycket varierande under tidigare hominins historia, med en rad olika formade arter:från breda, gorillaliknande Paranthropus till det mer trådiga eller "gracila" Australopithecus afarensis . Homininer från fyra miljoner år sedan vägde ett grovt genomsnitt på 25 kg och låg på 125-130 cm.

När kroppslighet förändras över djup tid, alltmer konvergerar till större kroppsstorlekar, forskarna observerar tre viktiga "pulser" av betydande förändring.

Den första inträffar med början av vår egen definierade artparentes, Homo , för cirka 2,2-1,9 miljoner år sedan. Denna period ser en ledökning i både höjd (cirka 20 cm) och vikt (mellan 15-20 kg).

Växten separerades sedan från tungan med en höjdökning enbart på 10 cm för mellan 1,4-1,6 m år sedan, kort efter uppkomsten av Homo erectus . "Från ett modernt perspektiv är det här vi ser en välbekant gestalt nås och bibehålls. Kroppsmassa, dock, är fortfarande en bit bort, " förklarar Will.

Det är inte förrän en miljon år senare (0,5-0,4 miljoner år sedan) som konsekvent tyngre homininer dyker upp i fossilregistret, med uppskattningsvis 10-15 kg större kroppsmassa som signalerar anpassning till miljöer norr om Medelhavet.

"Från och med då, genomsnittlig kroppslängd och vikt förblir mer eller mindre densamma i homininlinjen, leder i slutändan till oss själva, säger Will.

Det finns, dock, ett par undantag från denna storslagna berättelse: Homo naledi och Homo floresiensis *. Nyligen upptäckta lämningar tyder på att dessa arter simmade mot strömmen av ökande kroppsstorlek genom tiden.

"De kan ha härstammat från mycket äldre förfäder med liten kropp, eller anpassad till evolutionärt tryck som uppstår i små och isolerade populationer, säger Will. Floresiensis upptäcktes på en indonesisk ö.

"Vår studie visar att andra än dessa två arter, homininer som uppträder efter 1,4 miljoner år sedan är alla större än 140 cm och 40 kg. Detta förändras inte förrän mänskliga kroppar diversifierar sig igen under bara de senaste tusen åren."

"Dessa fynd tyder på extremt starka selektiva tryck mot små kroppsstorlekar som flyttade det evolutionära spektrumet mot de större kropparna vi har idag."

Will och kollegor säger att evolutionära tryck som kan ha bidragit inkluderar "kladogenes":splittringen av en härstamning, med en linje - den mindre kroppsliga, i detta fall - att dö ut, kanske som ett resultat av konkurrens mellan arter.

De föreslår också att sexuell dimorfism - den fysiska skillnaden mellan kön, med honor som typiskt är mindre hos däggdjur - var vanligare hos tidiga homininarter, men blev sedan stadigt utrotad av evolutionen.

Studiens medförfattare Dr Jay Stock, också från Cambridges arkeologiska avdelning, föreslår att denna tillväxtbana kan fortsätta.

"Många mänskliga grupper har fortsatt att bli högre under bara det senaste århundradet. Med förbättrad kost och hälsovård, genomsnittliga staturer kommer sannolikt att fortsätta att stiga inom en snar framtid. Dock, det finns verkligen ett tak som sätts av våra gener, som definierar vår maximala potential för tillväxt, " säger Stock.

"Kroppens storlek är en av de viktigaste bestämningsfaktorerna för biologin för varje organism på planeten, ", tillägger Will. "Att rekonstruera den evolutionära historien om kroppsstorlek har potential att ge oss insikter i utvecklingen av rörelse, hjärnans komplexitet, matningsstrategier, även det sociala livet."