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猿直立行走成为人,并付出代价
送交者:  2018年05月25日11:00:59 于 [世界时事论坛] 发送悄悄话

猿直立行走成为人,并付出代价

史钧

 

人类到底什么时候开始被称为人?

 

  人类直立行走可以从化石中找到坚实的证据。

  人的直立行走的第一个重要特征是足弓。足弓对直立行走非常重要,除了提供必要的弹性,走路更省力气,还能保护大脑免受步行的巨大冲击,否则跑着跑着就成了脑震荡。足弓还证明早期人类放弃了攀爬树木的习惯,如果试着用脚握住一根木头,你就可以看出自己和猴子的区别。

  直立行走的第二个重要特征是骨盆。骨盆就是一个骨质的盆,里面可以放很多东西,包括胎儿。它还可以起到骨架枢纽的作用,上面承接着脊椎,下面连接着大腿。可以想象,因为直立行走,人类的骨盆必须更加强壮,才足以支撑起上半身的重量。

  直立行走的第三个重要特征是膝盖骨。人类的膝盖骨不只保证双腿能够曲弯自如,还必须承担弹跳奔跑时的大力冲击,因此膝盖骨更大更硬更结实。

  那么,人类究竟何时开始直立行走?第一个证据来自1973年发现的大名鼎鼎的露西。露西被称为“人类的祖母”,“祖母”一词并非戏称,从露西的骨盆判断,尽管她只有12岁,但已经生过孩子。

  露西为“人”的概念提供了一个金标准:直立行走。从骨骼看,露西的足弓非常明显,表明她已经可以长时间直立行走。按照这一标准,露西是当时发现的最早的直立人,很长时间以来都被作为人类的起点。于是,从1974年起,人类学家相信,人类直立行走的历史已有320多万年。

  2009年,美国《科学》杂志表明:考古学家从埃塞俄比亚的一堆库存化石中拼凑出了一副完整的女人骨骼,并把这个女人命名为阿尔迪。为了确定阿尔迪的生活年代,他们前后花了十几年时间,最终给出的结论是:440万年前——足足比露西早了120万年。

  为了再现阿尔迪的生活环境,考古学家在当地收集了15万件动植物化石,以便重建远古场景。结果意外地表明,那里曾经是茂密森林覆盖下的巨大平原,陪伴阿尔迪的有猴子、羚羊、孔雀等。这一研究成果带来了新的麻烦,特别是大片森林的存在。

  此前有理论认为,正是由于森林消失,古猿不得不到地面生活,这才导致了直立行走。新旧观点冲撞,很快引发了一场巨大的争吵,核心涉及一个严重的问题:人类到底什么时候开始被称为人?或者说,阿尔迪到底能不能算作人?

  在一些人类学家眼里,阿尔迪仍是一种猿。英国学者通过野外观察发现,红毛猩猩在树上有时也会直立行走,它们踩着树枝两腿交替前进,像杂技演员一样谨慎而认真。它们在无声地暗示着一种重要的可能性:原始人类可能在下地之前就已具备了直立本领。这样一来,下地生活就不能作为直立行走的必要前提了——红毛猩猩没有下地,也照样直立行走。

  这些都意味着,人与动物之间的界线突然变得模糊起来。要是仍然坚持直立行走的金标准,人类的起源年代可能要深深扎进动物界中去,很难说清楚我们到底何时为人。

  其实,从猿到人之间的变化完全符合达尔文的渐变论思想,而在逐渐改变的事物中间,基本不存在一条非此即彼、非黑即白的清晰界线,告诉我们界线那边是古猿、界线这边是人。我们必须学会接受灰色地带的存在。

  任何一个生物类群的起源都不是瞬间事件,而是复杂和连续的过程,直立行走也只是其中的一个重要环节。

 

直立行走的终极原因

 

  难以确定人类直立行走的时间,并不意味着要停止对直立行走机理的探索,我们仍然可以退而求其次,追问另外一个有意义的问题:是什么样的自然压力迫使人类祖先直立行走?直立行走能带来什么好处?

  2006年,土耳其出现了一个奇特的家庭,偶然打开了一扇人类进化的天窗,使我们可以窥探到人类直立行走的生物学原因。土耳其有一个家庭共生养了19个孩子,其中5个完全没有直立行走的能力,只能靠手脚爬行,语言和行为也大大倒退,说话像猩猩一样大声吼叫。更为严重的是,他们没有时空概念,不知道自己身在哪里,只能日复一日地以相同的心情生活在狭小的空间里,不悲不喜,无欲无求。无独有偶,2011年底,伊拉克也发现了类似的家庭,有3个兄弟只能用四肢爬行,与那个土耳其家庭如出一辙。这两件事震动科学界,说明直立行走的意义远远超过其行为本身,那不仅仅是骨骼排列的问题,极有可能还与语言和智力发展密切相关。

  经过基因分析证实,在那些爬行孩子的身体中,与直立行走相关的基因发生了突变,同时导致小脑受损,丧失了行为控制能力,从而引发一系列行为改变。进一步的研究似乎证明,在直立行走与爬行之间,或许只有一两个基因的差距。我们可能在一念之间站了起来,也可能继续爬行,这要看那个关键的基因有没有发生随机突变。

  对于直立行走而言,基因突变只是生物学原因,或者叫作近因,而我们想了解的是进化原因,又叫作远因,或称终极原因。只有了解了终极原因,才能真正了解人体进化的意义——生物学的终极原因也就是进化原因。那么,直立行走的终极原因何在呢?

 

观点一:为了腾出前肢,制造并使用工具

 

  这种观点在新的证据面前已完全站不住脚,人类直立行走的时间要比石器的出现早了至少100多万年。也就是说,大约在100多万年的漫长岁月中,人类根本没有用自己的双手制造过任何石器工具,但他们的前肢已经变成了手。

 

观点二:为了恐吓对手

 

  突然站立意味着身材猛地高大了一倍。但这一理论的困境是,现存的黑猩猩和大猩猩同样会站立威胁敌人,特别是银背大猩猩,勃然大怒时捶胸顿足雷霆万丈,但它们并没有因此而获得直立行走的上乘功夫。

 

观点三:为了搬运食物或怀抱婴儿

 

  在空旷的草原上,食物稀少而分散,为了照顾家庭,古猿不得不从很远的地方把食物和水搬运回住地,这样就必须腾出手来直立行走。还有人说古猿需要用双手抱着婴儿,所以导致直立行走。这些说法都很难被学术界认可,后面也有证明,古猿是因为直立行走才导致需要怀抱婴儿,而不是怀抱婴儿导致直立行走。

 

观点四:节省能量的生存本能

 

  在自然环境下,哪怕节省一点点能量,都意味着有更多的生存机会。为了验证这一想法,研究人员给黑猩猩戴上小面罩测量氧气消耗量,然后让黑猩猩与人在跑步机上赛跑。结果非常惊人,人类直立行走所需的能量只是黑猩猩的1/4左右。也就是说,在相同运动距离的情况下,当黑猩猩需要吃四根香蕉时,直立行走的人类只吃一根就够了。

  节省能量还意味着另一种可能,人与黑猩猩吃掉相同的香蕉后,却可以走出比黑猩猩更远的路程。而走得越远,找到食物的可能性就越大,人类因此而迈上了征服世界的行程。可黑猩猩仍然被限制在远古栖息地举步维艰,就因为运动消耗太大,没有走遍全球的资本。虽然这一观点仍有争议,但黑猩猩的运动范围不如人类开阔,这是确定无疑的事实,它们很少贸然走出自己熟知的丛林。

  这个理论听起来蛮不错,但仍然不能说服反对者。反方观点认为,这一研究虽然找到了双足行走在能量方面的巨大优势,却不能解释这样的追问:既然直立行走能节省如此多的能量,为什么只有人类学会了这一“功夫”?其他动物干吗不一拥而上,或者早就直立行走?这需要一个强有力的理由。

 

理论一:摄食理论

 

  在荆棘密布的灌木丛中,直立摄食的效果更好。灌木丛中到处都是多汁的嫩叶和美味的浆果,但又不方便直接爬上去采摘,像采茶姑娘那样直起身子显然能摘到更多鲜嫩的食物。

 

理论二:气候变化理论

 

  大概在1000万年前,由于地壳运动,岁月之刃无情地在地面切了一刀,东非大地慢慢从中间裂了开来。大裂谷西边,水墨画般雾笼云罩的莽莽森林依然葱郁,古猿的日子依然闲适,丝毫没有改变生活习惯的想法,它们的后代一直生活到了现在,那就是黑猩猩、大猩猩和狒狒,此外还有倭黑猩猩。

  可是在大裂谷东边,情况却越来越糟糕,远处吹来的热风使得降雨不断减少,森林随之大片消失,到处木叶枯萎,春花零落,大地日渐萧条。原本生活在树上的古猿无树可爬,又无法跨越巨大的裂谷,最后只有一个选择——下到地面生活。

  东非大裂谷撕裂了古猿的进化过程,最终迫使它们演化出了直立行走的姿势。古猿从树上来到地面,是人类形成的重要一环,也是人类进化史上著名的“东方的故事”。

 

人类“前肢”的功能进化

 

  从鲸鱼到老鼠,所有哺乳动物都有前肢,这在进化上叫作同源器官,并且大致具有相似的功能,无非行走、攀爬和获取食物等。只是蝙蝠改用前肢飞翔;鲸鱼学会了游泳;黑猩猩等灵长类动物则开始学着制造并使用简单的工具,有时还会为对方梳理毛发。无论前肢功能如何变化,仍有着基本相似的生理结构,最主要的特征是五根指骨。

  我们于把人类的前肢称为手。直立行走解放了双手,导致我们的前肢出现了巨大的变化,几乎与其他动物彻底区分开来。这对于双手是亦喜亦悲的事情,喜的是不需要再整天踩着冰霜大地艰难地负重前行,悲的是必须完成许多更加复杂的任务。如果要写出手的功能,大概可以列出一个长长的清单。

 

功能一:获取食物

 

  在获取食物方面,且不说包饺子之类复杂的活计,至少挖掘块根、摘取果实都非常实用,捕捉昆虫也是进化的重要一环。

  黑猩猩以及其他猿类都没有人类这般粗大的拇指,它们的手指细而无力,手掌粗糙多毛,手指无法紧握在一起,手的作用只适合抓住树枝,保证自己不从树上掉下来。虽然它们也可以使用一些简单的工具,比如用石头砸开坚果、或者用细细的草茎钓取蚂蚁,但那些工具只是略作加工,勉强使用,与人类的制作工具水平有天壤之别。

  人类拇指的指骨只有两节,一节不够灵活,三节又不够有力,两节指骨是力度和灵活性的完美平衡,这样的拇指又短又粗,加上肌肉的配合,拿东西更加稳便。拇指还可以和其他四根手指任意捏合,轻松组合出各种抓握形式,包括兰花指这种高级技巧,根本的目的是制造更为精巧的工具,进而吃到更多的食物,为身体提供更充足的营养。

 

功能二:提升打架技能

 

  双手在打架中的作用也不可小觑。由于人脸变得越来越扁平,牙齿撕咬已经不是有效的作战策略;灵活有力的双手大大增加了个体攻击范围,那是牙齿难以企及的打击距离。大概正是为了适应打架的需要,人类手指的长度被控制在一定范围内,指关节的位置正好可以让手指卷曲起来,方便收在掌心握成实心的拳头,从而形成强大的攻击力。我们的五根手指可以分合自如地做出各种灵活的手势。

 

功能三:传递信号

 

  双手一旦得到解放,人类就在不断开发它的潜能,比如用特定的动作传递特定的信息——摆手表示反对、招手表示到我碗里来,这些举止都需要被清晰地看到,掌心的皮肤理所应当地要比其他部位更白。所以,我们在挥手致意时都是掌心向前,而很少把手背对着人家,那样很难传递准确的信号。

  粗壮的手臂也有用武之地。人类的前臂可以做三百六十度旋转,上下左右千变万化。还有其他作用,比如空闲时双臂自然下垂,正好被拿来当作行走的平衡装置。要是绑起双臂,人体只能算是竖起来的一根肉棍,不但奔跑速度受到影响,而且极容易摔倒。双臂下垂还可以最大程度地节省能量,所以大家无事时都会放下双手,因此高举的双手才会很快成为显眼的目标。很多民族在强大的神像面前都会合起双手,表示自己的渺小与虔诚,因而双手合十的人也会让人感觉放心,而紧握双拳的家伙则给人相反的感觉。

  灵活的双手和长长的双臂还使拥抱成为可能。我们很少看到两头狗熊互相拥抱,有些灵长类动物也会拥抱,大概是出于互相依偎取暖的需要,身体暖和了,心情自然要好一些。

 

我们再也爬不回去了

 

  从一种行走状态转变为另一种行走状态时,不可避免地会出现一些前所未有的困难。在生物进化过程中,没有什么事情永远伟大光荣而正确。可以肯定地说,直立行走带来了一大堆烦恼:头部以下的骨骼都必须随之改变,脊柱与骨盆要重新构建,以保证躯干挺直。为了支撑身体的重力并缓冲运动的冲击,脊柱需要加粗加弯,才能在保持身体平衡的同时节省步行所需的能量。但弯曲结构承受了过重的压力,再加上一个大大的脑袋,导致脊柱下半部吃重最多——那里正是腰疼的发源地。这些都是人类为直立行走付出的代价,而这还远不是全部。

 

代价一:双脚和双腿不堪重负

 

  双手得到解放的同时,意味着原本由四肢负担的重量全交给了双脚和双腿。双腿除了承重,还要不断奔跑前进,任务相当繁重,所以不但骨骼关节变粗,肌肉也大幅增加。如此粗重的大腿,再加上好大一截上半身,全部都要压在膝关节、踝关节和脚上,这正是人类饱尝足痛膝伤之苦的根源。

  直立以后最有苦难言的应该是脚,身体的所有重量将不得不由这两片强大的底座承担,使得脚成了专业性极强的工具,除了负重与走路,再没别的事做——像其他灵长类动物那样灵活的抓握功能,都早被抛弃。为了适应直立承重,脚部骨骼增大,特别是脚后跟,比所有灵长类动物都要强大,体重100斤的女性的脚骨比300多斤的大猩猩的脚骨还大。增强版的脚骨可以分担来自上部的压力,但骨头一大,密度就容易跟不上,所以脚跟主要由稀松的网状海绵骨组成,这就带来了另一个严重的问题——骨骼组织暴露面积增加,钙流失加快,年老以后极易骨折。

  其实,脚部和手部的发育机制相似。如果一个人大脚趾较长,大拇指也较长,表明基因在用一种省事的方法控制着手和脚,就像一个部门可以负责两种任务,每一个指令都同时影响着手和脚。更为有趣的是,科学家认为脚部变化引起了手部变化,准确地说,手只是脚的另一份拷贝。虽然脚没有手那么灵活,但其潜能不容小觑。有些人经过练习,脚的灵活性几乎能与双手媲美,可以完成很多复杂的工作,比如梳头、写字、缝衣服、剥玉米、包饺子等。但所有这些潜能都被直立行走埋没了,双脚的任务只剩下不停地行走和奔跑,这是双脚为直立行走付出的巨大牺牲。

 

代价二:对食盐的需求大大增加

 

  直立行走使得人类对食盐的需求量比其他动物更多。没有哪种动物像人类这样离不开食盐。食盐虽然在维持细胞渗透压、血压和消化道的酸碱度等诸多方面有重要作用,但这对所有动物都是平等的,人类会提出特殊要求,主要原因可能是人体内的盐分随汗水流失,就需要大量的盐分补充。另一个因素是,人类脑脊液每天更新三四次,相当于一两瓶啤酒的容量,因此需要不断补充盐分才能维持有效的脑脊液压力,只有这样才能保护大脑与脊髓免受直立行走的巨大冲击,否则极易走成脑震荡。

 

代价三:增加女性运动风险

 

  直立行走造成的另一个麻烦为女人所特有,她们骨盆变短增宽,股骨倾斜严重,奔跑速度相对较慢,做同样的运动要消耗更多的能量,而且膝盖更容易受伤。

 

代价四:增加患病种类

 

  直立行走还直接提高了大脑的高度,导致大脑极易缺血,而要加强供血,心脏负担必然随之增加,使得人类易患心血管疾病。

  此外,还有一堆直立行走带来的毛病,比如奔跑时下肢承受的压力接近于体重的好几倍,所以骨骼磨损严重,老来难免光景难熬;久站还使肛部血压增加,容易形成痔疮。本来动物内脏都是平放的,现在由于直立,内脏被吊了起来,结果各种内脏受到重力作用就容易下垂。这些都是人类独有的常见病。

  可能有人会说,既然直立行走有这么多麻烦,我们再爬回去怎么样?曾经沧海难为水,无论你的意志有多坚强,我们都不再是适合爬行生活的动物。随着直立行走,人类的上肢变得小巧纤细,还比双腿短了很多,如果再改为四肢着地,手臂吃不消身体的压力,不得不花更多的时间坐着休息。这还在其次,更大的麻烦在于双手——无论把手指蜷起来还是摊开,都不适于长途爬行。更不要说我们的手掌太过柔弱。

  要是你愿意尝试,还会发现更多的麻烦。最难搞定的是脑袋,爬行时脸部冲下,根本看不见前方。要想把脑袋强行抬起来,脖子就不得不具备更大的拉力,考虑到脑袋的重量,这种能量损失也非同小可。

  不管你是否承认,我们都再也爬不回去了。直立行走是自然选择赋予人类的金钥匙,不经意间触发了一个巨大的进化开关,从此启动了不可逆转的演变进程,持续刺激人体的其他特征不断出现,指引着人类大步向着文明迈进。

 

…………………………………………………………

  人的消化道,食物在消化过程中先进入胃,再进入小肠,最后到达结肠、大肠,然后排泄。我原来一直不理解,为什么结肠会在腹腔的“上边”?后来有点明白了,人类最初并非直立的。如果人类还没有变成人之前是爬着走的,我的疑问很好解释——结肠在腹腔的“下边”;但如果人类直立行走了,结肠便跑到“上边”来了。


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