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[生物探索]人类进化的10大谜团

2012-04-19  婉林

[生物探索]人类进化的10大谜团

2012-04-19
 
10大谜团
 
       毫无疑问,人类是造物主最为精妙玄奥的作品。除了思维、语言等与其他动物泾渭分明的优越性之外,人类许多看上去平凡无奇的特质,实际上也是界定人之所以为人的重要标志,也是我们并不了解的奥秘。人类寻找自身起源的探索从未停止过,自DNA遗传等方面的技术发展以来,这一领域的研究更是蓬勃发展起来,为揭开进化之谜提供了更多更新的思路,但是仍有一些谜团我们不能得到答案。
 
为什么我们长得不像黑猩猩?
 
       没有人会将人类误认为黑猩猩,但人类与黑猩猩之间的DNA差异比小鼠与大鼠之间的还小。为什么呢?基因组学的进步发展开始揭开这个谜。
       将人类和黑猩猩的基因组并排起来观察,差异仅为1%。看起来虽然没什么大不了,但它相当于300多万点突变。我们3万个基因的80%都将受到影响,虽然大多数基因都只有一两个改变,但是产生的效果却无法估量。例如,人能说话而其生物学近亲黑猩猩却不能,原因就在于人类基因FOXP2,这个基因的人类版本与黑猩猩版本仅在两个氨基酸上有不同,因而在人类和黑猩猩脑内形成了不同的蛋白质。
       再有就是基因重复。西雅图华盛顿大学的埃文·埃奇勒说,这常常会引起基因家族多样化,并有新的功能,他的实验室已经确定了从免疫系统到大脑发育等多方面影响我们生物学的独特的人类基因家族。他怀疑,基因重复为人类独特的认知能力的发展作出了贡献。
       然而,即便是一个完整的遗传差异的目录也不能揭开这个谜。加州圣地亚哥大学的阿吉特·瓦尔基说,将我们造就成为人类的很大一部分原因是文化,是通过学习祖祖辈辈留传下来的文化。他说,更重要的是,基因和文化共同进化是人类进化的主要力量。破解人类为何如此独特的奥秘,我们需要知道基因如何组成身体和大脑、大脑如何创造文化,以及文化反馈最终如何改变基因组。揭开这个谜仍然是一个遥远的目标。
 
为什么我们用双足行走?
 
       查尔斯·达尔文提出,我们的祖先最早直立行走是为了空出双手制造工具。现在我们知道,达尔文的说法并不正确,因为迄今为止发现的最古老的工具只有260万年之久,而古人类化石的解剖结果显示,古人类两足行走出现至少在420万年前,甚至可能是600万年前。
       伦敦自然历史博物馆的克里斯·斯特林格表示,娴熟地直立行走具有许多优点,但要做到并不简单,这需要身体结构发生变化,而这个过程非常漫长。一种引人注目的进化解释:两足行走将大大提高生存能力。因此有些人相信,通过进化雄性可以获取更多的食物,能够养活自己的伴侣和后代。亚利桑那州立大学的唐纳德·约翰森对此提出异议,因为这种解释的前提是当时一夫一妻制已经起源,但是又不能找到相关证据来支持。约翰森曾在1974年发现了320万年前的直立行走古猿。他指出,早期古人类,雄性比雌性高大得多,这标志着在灵长类动物中,雄性和雌性之间存在的是竞争,而非合作。
       约翰森表示,一种可能性是:比别人走得更远的个体可以获得更多的食物来源,活得更长并能繁衍养活更多的后代。另外,两足行走可以让他们空出双手携带东西,还能让他们身体更高,能够看得到远处食肉动物的到来。约翰森说:“总之,两足行走优势数不胜数。而且双足行走进化并非一次就能完成。第二阶段的进化应该是在170万年前,我们的祖先离开森林前往大草原生活。这也是解剖学上发生的最大的变化,双肩往后拉,腿部变长,盆骨更适合双腿行走的生活。”
       很多原因可以来解释为何两足行走发生在这个阶段。直立行走有助于减少个人与空旷的草地接触,使身体周围空气流通,尽量减少直接暴露在酷热的阳光下,同时也增加了灵活性。牛津大学的罗宾·邓巴说:“我认为原因都归结为出行效率和出行距离。两足行走能够让我们的祖先长途跋涉,便于他们在大草原上追捕猎物。”
 
为什么科技发展这么慢?
 
       二十年前,在埃塞俄比亚阿法尔地区干裂的河床上发现的锐石片是迄今为止发现的最古老的工具,能够追溯到260万年前。此后,我们的祖先用了一百万年的时间才实现了下一个技术突破。人们意识到,无需再将河卵石敲成碎片作为刀片和刮刀,卵石本身便可作为粗糙的手斧来使用。然而早期人类为什么花了这么长时间?
       智力是个很重要的因素。第一个工具出现后的2亿年间,古人类的大脑体积增加了一倍以上,约900立方厘米。研究表明,早期的技术创新取决于新的知觉动作能力,如关节的控制能力。后来研究表明还取决于认知的复杂性,包括语言在内。因此,尽管工具没有多大进展,但古人类的认知能力有了很大的提高,人们能够使用木材和骨头等材料来制造工具。
       伦敦自然历史博物馆的克里斯·斯特林格说:“现代人类有多种多样复制和传递信息的方式。我们漫长的生命使得我们将信息代代相传,而古人类直立人和海德堡人的最长寿命仅为30年,尼安德特人可能会长达40年。因此他们的成长速度非常快,而群体之间的联系非常少。此外,我们的祖先对具有挑战性的生活唯恐避之不及,创新和发明是非常危险的。”
           英国雷丁大学的马克·帕吉尔提出怀疑,在智人之前出现的早期人类就已经开始出现创新和思想交流。他把人类和黑猩猩作了比较,黑猩猩可以使用粗糙的石制工具,但缺乏技术进步。他说:“大猩猩大多是通过不断摸索来学习,而我们人类是通过互相观察来学习,而且我们知道哪些值得学,哪些不值得。”如果帕吉尔的观点是正确的,那么社会学习便成了点燃科技革命的火花。他说:“随着现代人类的到来,游戏规则也随之改变。”
 
语言始于何时?
 
       没有语言,将对人类交换意见及行为形成阻碍,我们熟悉的人类社会也不可能存在。这种奇异的技能是人类史上的转折点,但是其具体时间却难以界定。
       我们知道,智人不是唯一具有语言能力的古人类。大约在23万年前进化的尼安德特人已经能够发出复杂的音调。化石遗骸表明60万年前海德堡人第一次出现在欧洲时,似乎已经能说会道了。最近的古人类证据显示,类人猿隔膜和胸部的神经连接已有160万年之久,意味着语言演变发生在160万年前和60万年前之间。“语言”一开始可能是使用手势,最终才演变为发声交流。如果是这样,古人类可能在适应化石记录显示的语音交谈前很长时间里,已经能够用手语交流。
       然而,即便古人类具有语言能力,他们也不一定能够进行有意义的对话。有科学家表示,古人类的声音或许是从围绕着营火载歌载舞进化而成。与鸟鸣一样,或许不会承载太多具体的信息,但对联系群体具有举足轻重的作用。但海德堡人和尼安德特人能够制造复杂的工具,猎捕危险的动物,如果没有某种原始的语言,这些需要高度协调的活动又是如何进行的呢?
       与智人息息相关的文化复杂性与象征性是证明语言能够传达复杂思想的唯一不可辩驳的证据。但是改变了我们的关系、社会和技术,甚至改变了我们思维方式的语言究竟始于何时,仍是一个谜。
 
我们的大脑为何这么大?
 
       一个单一的突变就可能导致大脑迅速进化。其他灵长类动物强壮的下巴肌肉对整个头骨施加力量,制约了大脑生长。但大约2万年前,一场突变冲破了人类向前发展的束缚。不久后,大脑呈井喷式发展。
       但是,激发这种发展的原因又是另外一回事。环境可能造成了心理挑战,社会发展也起了重要作用。一个巨大的大脑将会导致人体异常饥饿,所以早期人类需要改变自己的饮食来供养大脑。因此,对过渡到食肉将有很大帮助。200万年前古人类食用海鲜为脑部发展提供了ω-3脂肪酸。通过烹饪也有可能帮助消化,让人类祖先细小的肠道得到进化,能有多余的能量促进大脑发育。
       然而,“大脑”的形成代价不菲,包括增加了分娩危险。当大脑发展到利不再大于弊时,我们重达1.3公斤的大脑将聪明到足以质疑其自身的存在。
 
我们身上的皮毛哪儿去了?
 
           哺乳动物消耗大量的能量只是为了御寒。皮毛是天然的“裘衣”,我们为什么要放弃那种与生俱来的优势呢?
       最富有想象力的解释是:数百万年前,我们的祖先经历了一段时间的水上生活,因此抛弃了身上的皮毛。因为生活在水里,皮毛就不能充当好的保温层,因此就像鲸类一样,将皮毛进化消失。评论家表示:“如果想在水里保暖的话,身体需要长得圆胖,而非瘦长。”但糟糕的是,这种“水生猿理论”缺乏化石证据的支持。
       一种颇为流行的说法是:“当气候过于炎热对我们的生存造成威胁时,我们丢弃了身上的皮毛,而不是在寒冷时期。”伦敦自然历史博物馆的克里斯·斯特林格说:“我们不通过气喘吁吁,或像大象一样有对大耳朵来降温,我们唯一降温的方法是出汗,但是厚厚的皮毛阻碍了汗液的排出,导致散热效果不佳。这种问题在阴暗的森林中当然不存在,但是当我们的祖先移居到宽阔的草原上生活,自然选择导致他们毛发变得稀疏细腻,便于散热。但是,出汗后身体就需要摄入大量的液体,这就意味着要居住在河边或小溪边,而河岸边往往绿树成阴,同时也能减少出汗。
       英国雷丁大学马克·帕吉尔指出,大草原上的其他动物都保留着皮毛。他认为,直到古人类拥有足够的智慧来处理后果,大约20万年前人类才摆脱了身上的皮毛。“我们有能力补偿脱去皮毛的后果,如:衣物、住房还有火。自然选择之所以青睐毛发更少的个体,是因为皮毛中通常带有寄生虫,能够传播疾病。之后,性选择便发挥了重要作用,人类清晰无瑕的皮肤显示了他们健康良好,他们成为最佳的性伴侣,其后代便具有了他们的优良基因。”而据研究,在我们的祖先“穿上衣服”之前,已经赤身裸体“裸奔”了很长一段时间。
 
我们为什么走向全球
 
       我们的祖先已经经历了史诗般的迁徙。180万年前,直立人迈出了伟大的第一步,走出非洲进入东南亚。大约100万年后,尼安德特人的祖先出现在欧洲大陆。1.25万年前,智人向中东地区迈进。然而,这些人口最终都消失殆尽。但大约6.5万年前,一群现代人类走出非洲,征服了世界。这对任何物种来说都是非凡的成就,更何况是一个弱小、浑身光滑无毛的猿类。但是,究竟是什么赋予他们力量,让他们能够走得那么远、那么广?
       或许一切都始于一场人口大挤压。所有的人类都属于与四个“人类之母”相对应的四个线粒体谱系(L0、L1、L2 an和L3),但是只有L3在非洲以外被发现。新西兰奥克兰大学的昆廷·阿特金森及其同事发现,这个谱系经历了人口爆炸,导致了大批人口外流。因此,非洲之角的人口拥挤可能导致大量人口跨越红海,沿着亚洲南部海岸迁移。
       英国剑桥大学的保罗·梅拉尔斯认为,人口爆炸是由复杂的技术、经济以及社会和认知行为所推动。人类控制火的能力或许比语言的出现还要早,但其间没有任何创新,如:制造复杂的工具,有效地利用食物来源,艺术表现力和象征性的纹饰。这些文化进步很关键,我们不仅可以双足行走,一旦达到那个水平,我们就可以改变世界。他指出,这种灵活性使移民不断向前推进,随着人口的迅速增长达到环境承载能力极限,许多个体便搬进新的领域,避免竞争。
       基因突变也能使人更具有冒险精神,例如,迁出非洲最快最远的人口普遍具有所谓的“寻求新奇基因”——DRD4-7R。当然人类精神也至关重要——征服无法攀登的高山的精神。
 
人类与其他种群交配?
 
       将现代人类的DNA与古人类序列相比较,结果显示,1%至4%的非非裔人基因组继承了尼安德特人。美拉尼西亚人也有7%的基因组来源于另种人类——丹尼索瓦人。加利福尼亚大学的理查德·格林表示:“这显示了明确的信号:人类与其他种群交配。”
       研究表明,现代人类和我们“表亲”之间的交配比较罕见,而对于尼安德特人来说,这种现象5万年前就已经在中东发生了。在过去的4.5万年中,人类足迹遍布欧洲,每个街角都能见到尼安德特人。然而,没有证据证明杂交就发生在这里。为什么呢?一种解释认为,这可能是一种数字游戏:如果人类的数量多于尼安德特人,那么在现代人类的基因组中,欧洲交配的DNA信号应该很弱,或者完全消失。
       但是,即使我们许多人都接受确实有异血缘交配的现象存在,难道那就意味着我们是“混血儿”?英国哈德斯菲尔德大学的马丁·理查兹指出,物种的概念“非常模糊”,“物种”的一个定义是:一个物种不能与其他物种交配,并产生可行的后代。因此,遗传分析提出质疑:尼安德特人与丹尼索瓦人是否是完全不同于人类的物种?
       尽管如此,我们的祖先与其他物种杂交繁殖与否,这个问题都有助于我们审视自己。
 
今天还有古人类存在吗?
 
       关于大脚、雪人和野人等类人动物的传说几个世纪以来一直让人们着迷不已。这些确实是精彩的故事,但是这些故事里是否存在任何的真相呢?近日,阿拉巴马大学的杰夫·鲁兹尔在塔斯卡卢萨仔细检测了所有大脚野人的位置,发现其栖息地与黑熊相同,表明这可能仅仅是一个张冠李戴的情况。加拿大埃德蒙顿阿尔伯塔大学的大卫·科尔特曼补充说:“我从来没有见过什么能让我心悦诚服的东西。”柯尔特曼最近分析了一撮可能是大脚野人的头发,结果发现那是野牛的鬃毛。科尔特曼承认在偏远地区偶尔能发现新种灵长类动物,因此,发现大脚野人的机会比较渺茫。但是其能在雷达探测下隐藏这么久,似乎又不太可能。
       不过,一些科学家都愿意推敲这个想法,他们认为智人并不是孤独地存活在历史上。爱达荷州波卡特洛大学的杰弗里·梅尔德伦指出,历史上大部分时期,其他古人类物种与我们的祖先共存于世。九年前弗洛里斯人被发现,又名“霍比特人”。这种小个子的古人类直到1.8万年前都生活在印度尼西亚弗洛雷斯岛上。
       1996年梅尔德伦听取了一份报告,称俄勒冈州的蓝山森林发现了长达38厘米的类人猿足迹。梅尔德伦抱着看恶作剧的心态前往,到现场后发现足迹清晰地显示了足部结构细节。梅尔德伦说:“这些细节非常难伪造。我不会试图说服人们相信大脚的存在,但是我们也不排除其存在的可能性。”
 
我们灭了尼安德特人?
 
       10多万年前,尼安德特人在直布罗陀山上一些巨大的溶洞中安家落户。当时,该物种已经远播欧洲和亚洲。但几千年过后,尼安德特人人口锐减,直布罗陀人成为最后、最孤独的幸存者。但2.4万年前,它们终于屈服于灭亡的命运。
许多尼安德特人灭绝的理论都将矛头指向我们,指控我们曾席卷整个欧亚的祖先给尼安德特人带去了无法战胜的疾病,而且我们在粮食和土地竞争上都比他们更胜一筹。最近的研究表明,虽然他们的大脑与我们的一样大,但他们倾注更多的脑容量为视野服务,从而能在黑暗中看得更清楚,但是其它技能方面就很逊色,比如合作和先进工具的使用。
       加拿大多伦多大学的克莱夫·芬利森表示:“尼安德特人的遗址几乎没有丝毫的证据表明与现代人类有直接接触,更不用说竞争或战争。”芬利森将尼安德特人的灭绝及我们的崛起归因于气候变化。
       伦敦自然历史博物馆的克里斯·斯特林格并没有让我们那么容易就与尼安德特人的灭绝摆脱干系。他认同气候变化是一个原因,但认为不应该淡化尼安德特人与现代人类的竞争。他说:“那是个双重打击。如果当时气候变化灭绝的是我们人类,那么现在享受你生活的应该是另一个尼安德特人。”

生活新报 王学勇据《新科学家》编译

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