人类为直立行走付出了怎样的代价？对我们有什么启发｜失败的进化

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今天分享的书籍是《失败的进化》

本书作者，远藤秀纪，毕业于东京大学农学部，兽医学博士。历任日本国家科学博物馆动物研究部研究员、京都大学灵长类研究所教授，现为东京大学综合研究博物馆教授，提倡进行“遗体科学”研究。著有《牛的动物学》《哺乳动物的进化》《熊猫遗体的复活》《做解剖的男人》《遗体科学的挑战》《我们会找到动物身体的秘密: 动物学家挑战进化之谜》《东大梦教授》《有袋类学》等。

在漫长的进化史上，我们经过哪些岔路口才抵达“人类”？骨骼最初只是钙质仓库、听小骨是从颞下颌关节而来、鳃到肺的转变让心脏进化成了左右不对称的形状……为了今日直立行走的身体，人类都付出了哪些“代价”？

进化总给人以“轰轰烈烈”的印象，但生物通过“自我改造”，以拼拼凑凑、打满补丁的身体活下去，才是进化的本质作者言语风趣，举例信手拈来，餐桌上的炸鸡与烤秋刀鱼，一样能成为了解进化奥秘的钥匙。

进化不是一个抽象的概念，而是生物对身体原始的“设计图纸”不断进行“设计迭代”的演变过程。人类从四足爬行到直立行走，身体结构出现了巨大的变化，充分了解进化的本质与进化的失败之处，能让我们更清楚地认识自己。

01

动物进化的本质

动物进化的本质是什么？为什么说动物的进化史，就是一个反反复复的设计迭代史？作者提出，进化就是生物“在祖先的基础上进行设计迭代”。

1、进化

提到设计我们会想到的是房屋设计师或者装修设计师等等的职业，他们的特点是通过设计图来告诉工人怎么盖房子，怎么装修房子。同样的道理，我们身体有成千上万个基因，每个生物都会从祖先那里继承一套基因，这套基因就是它的基本设计。但外部环境在不断变化，生物光继承这套设计还不够，还得根据环境需求，在基本设计的基础上进行迭代，这个迭代过程其实就是进化。

比如，心脏。心脏的雏形最早出现在一种叫文昌鱼的动物身上，文昌鱼是一种更加原始的动物。一般认为，文昌鱼是最先进化出发达血管系统的动物，它体内的血液循环可以把氧气和营养物质输送到身体的各个部位，同时回收废物。实现血液循环需要动力源，人体内血液循环的动力源是心脏，文昌鱼没有成形的心脏，但它鳃后面靠近腹部的位置，散落着一些可以自行收缩的心肌细胞，这些细胞就是心脏的雏形，文昌鱼正是靠着这个雏形心脏来进行血液循环的。

鱼类作为文昌鱼的后代，已经拥有了真正的心脏。经常吃鱼的朋友们可能知道，鱼类的心脏就位于鳃后面靠近腹部的位置。从文昌鱼的雏形心脏，到鱼类的真正心脏，心脏进化了、功能完善了，但包括心脏位置在内的很多基本设计都沿袭了下来。所以我们才说，进化的本质就是生物在祖先的基础设计上进行迭代。

2、迭代

既然如此，那这种迭代是怎么发生的呢？作者告诉我们，迭代的发生既没有方向，也没有目的，偶然性非常大，往往是一系列突发奇想和修补拼凑共同塑造的。

比如，骨骼的诞生就纯属意外。动物最初都是没有骨骼的，现在学界的主流观点认为，最早的骨骼出现在鱼类身上。鱼类生存需要很多矿物质，其中就包括钙和磷酸，虽然这两种矿物质可以从海水中获取，但来源并不稳定，所以鱼类要想生存，就得在体内存储一定量的钙和磷酸，以备不时之需。

但巧合的是，由磷酸和钙组成的磷酸钙质地坚硬结实，性能优良，是一种支撑身体的完美材料。有磷酸钙的支撑，鱼类可以在上面铺展肌肉，大幅提升身体的运动能力，这给了它们很大的生存优势，所以结果就是，本来作为矿物质仓库的磷酸钙，意外地演化成了支撑身体的骨骼。

迭代在发生时并没有方向和目的，只是在误打误撞地尝试各种可能的解决方案，充满着随机性，最终结果也很可能与初衷完全不同。在生物学界，这种现象被称为“预适应”，指的是最开始的某种身体结构为以后的新功能打下了基础。作者告诉我们，在动物进化的历史中，预适应的现象其实很常见，就连我们的四肢也是预适应的产物。

设计的迭代过程不仅偶然，而且还经常重复发生，相似的迭代经常在不同物种身上重复出现。

比如，脊椎动物的翅膀就是重复迭代的产物。鸟类能飞是因为它们拥有翅膀，除去翅膀上长长的羽毛，内部骨骼结构由三大段组成，分别对应我们的上臂、小臂以及手腕以下的手掌部位，只不过鸟类翅膀的骨骼更加细长一些。种种证据显示，鸟类的翅膀就是从整个上肢的设计中迭代得来的。

但是有一种动物不同，那就是蝙蝠。蝙蝠也会飞行，但蝙蝠翅膀的绝大部分面积，都由它们长得离谱的手指骨和掌骨支撑，蝙蝠手指骨的长度甚至远超它们的上臂骨。这种设计方式不仅能扩大翅膀的面积，由手指支撑起来的翅膀也更加灵活，可以改变自身形状，所以，蝙蝠经常用翅膀把自己包裹起来睡觉。

所以，鸟类用上肢迭代出翅膀，蝙蝠用手掌演化出翅膀，虽然结构各不相同，但迭代的产物都是能让它们飞向天空的翅膀。因此，作者才说，迭代总是在反复出现，动物的进化史，就是一个反反复复的设计迭代史。

02

直立行走的优势

我们与动物最大的不同就是可以直立行走，那么直立行走给人类带来了什么优势，又带来了哪些问题呢？首先，我们先来了解一下直立行走，其实它并没有我们想得那么简单。

比如，从四足到双足，人类必须保证站稳而不会摔倒，为了解决这个问题，人类迭代出了长度更长，而且呈弓形的脚掌，也就是足弓。足弓能把身体的重量分散到脚的前后两侧，最大程度上保证人身体前后方向上的平衡。

其次，直立行走还改变了人体受到重力的方向。四足行走时，重力的方向是从背部到腹部，内脏都靠腹壁在下方托着，但双足行走时，重力的方向变成了从头到脚，内脏又要靠什么支撑呢？迭代出更宽大的骨盆，可以像底板一样在下方承托内脏；同时，又让胸腔和腹腔中间的横膈膜作为腹腔内脏的“天花板”，在上方紧贴着肝脏等器官。双腿往前走时需要把腿往后甩，这个动作对臀部肌肉的力量要求很大，为此人类又迭代出了相对于其他动物来说巨大的臀部。

所以，更巧的足弓、更宽的骨盆、更大的臀部，都是直立行走牵一发而动全身的体现。那么这些改变给我们带来了什么，我们从中获得了什么优势，又遇到了哪些问题呢？

1、优势

直立行走带给我们的最直接优势，是让我们有了一双灵巧的手。通过这双手，我们可以抓握物体、搬运食物、制造工具，乃至传递文明，不再承担行走使命的前肢，最终成了帮助人类称霸自然界的武器。人类的双手可谓独一无二，功能强大，我们可以随便拿起一个东西。自然界中只有人类能用拇指进行抓握。

其他动物，不管是猫、狗，还是兔子、松鼠，它们要想抓住东西，最多只能用大面积的手掌和手指捧着，双手的实用性很有限。而直立行走让人类有足够的资本演化出灵敏的手指，从而大幅提升双手的实用性。

其次，就是巨大且聪明的大脑。虽然要论绝对大小，人脑并不是最大的，比如大象和蓝鲸的大脑就更大，但如果看大脑和身体的比例，人脑则大得出奇。“脑化指数”是一个衡量哺乳动物大脑和身体比例的数字，由脑容量除以体重的2/3次方得到，脑化指数越大，意味着大脑相对于身体就越大。计算不同动物的脑化指数可以发现，人类的脑化指数大约是狗的6倍，马的7倍，兔子的18倍；大象的4倍以上。可以说，在自然界里，人脑的“大”是独一份的。

那人类是如何进化出这么大的大脑呢？种种迹象都显示，正是使用和制作工具这些用双手来完成的“细活”，刺激了大脑的思考能力，加速了大脑的复杂化与巨大化，所以归根到底，人类能拥有这颗大脑，还得归功于直立行走。

比如，人类的祖先最早学会直立行走的是生活在大约300万年前的阿法南方古猿，这种类人猿的脑容量大约是400毫升，和黑猩猩的差不多；相比之下，现代人类的脑容量达到1400毫升，是阿法南方古猿的3倍多。人类脑容量飞速增长的时期，恰好和直立行走以来的历史重合，再结合其他多方面的证据，我们完全有理由得出结论，正是直立行走带来的种种变化，促进了人脑的快速发育，赋予了我们无与伦比的智慧。

2、劣势

当然，有优势也会有缺陷。作者提出，人类的进化过程在很多方面也是失败的。因为人类直立行走的进化历程发生得太快，很多身体结构还来不及完善便匆匆投入使用，这给我们带来了很多问题。

比如，人体的心血管系统。用四肢行走的动物，身体中的血液主要在水平方向上流动，流动路径比较平缓；但人类直立行走之后，血液的主要流动方向就从水平变成了垂直，血流路径突然变得陡峭。尤其是人身体的最上方，还顶着一个巨大的脑袋，人脑会使用全身14%的血流量和18%的供氧量，所以，为了保障血液的正常循环，心脏的负担就变得非常大。

更要命的是，心脏的供血压力面临着两个矛盾：如果降低血压，那就没法保证大脑的供血；如果提高血压，大脑反而会更加危险。假设人心脏附近的血压是100毫米汞柱，那么往上到达大脑入口处时，可能就只有50毫米汞柱了，而往下到达双脚末端时，血压却可能达到180毫米汞柱。

人类需要的是任何姿势下都能合理供血的心血管系统，而不是强行把血液打入大脑的水泵。心脏供血时必须考虑到各种极端情况，人不可能永远站着，如果躺下或者低头，大脑附近的血压就会迅速增大。如果心脏提供的血压过大，就很容易破坏大脑的周边部位，比如造成脑溢血。

而且四肢末端的血液要想回到心脏，需要往上走很远的距离，血液就不可避免地在肢体末端出现一定程度的淤积，所以人类的四肢，尤其是下肢，就很容易出现水肿、静脉曲张等问题。如果碰上寒冷的天气，四肢中本来就流通不畅的血液，还容易因为远离身体的中心而迅速丧失热量，结果就是人的手脚很容易变得冰凉。

除此之外，直立行走也让人的脊椎疲惫不堪，椎间盘突出是人的常见病。这归根到底是因为，人类利用脊椎的方式和祖先完全不同。在脊椎动物从海洋登上陆地之后的3.7亿年时间里，脊椎一直扮演着衔接前肢和后肢的角色，并不需要在水平方向上承受多大压力。人类直立行走以来，在短短几百万年时间里，就改变了脊椎的受力方向，不管是站立还是坐着，上半身的绝大部分重量都要靠脊椎来支撑。

人类的颈肩也是直立行走的受害者，颈肩酸痛的痛感主要集中在斜方肌上，这块肌肉连接着颈部、胸部的背侧与肩膀，不管是人类还是广大的四足动物，斜方肌都是一块大肌肉。不过不同的是，四足动物的斜方肌只会在运动时拉扯肩骨，静止时就可以得到休息，它们的斜方肌是张弛有度的。人类不一样，人类虽然不需要用上肢行走，但斜方肌的一直牵引着我们沉重的脑袋，除了睡觉时间以外，几乎一直处于紧张状态，无法得到彻底休息。

当然，这不能完全怪直立行走，个人不健康的生活方式也得负重要责任，但在现代生活方式的背景下，这是直立行走留给我们的一个大问题。