開啟人類直立行走的探索之旅……

2018-10-25 05:31:16

奧秘 2018年10期

有化石證據(jù)表明，至少在600萬年前，我們的祖先就開始獨立行走了。在坦桑尼亞北部一條干涸的河床上露出的灰褐色巖石板上分布著的，可能是我們進化過程中最令人回味的遺跡。

被保存于硬化火山灰中的三組腳印，較大的腳印帶著較小的腳印沿著一條小路前進，這些腳印在粉末狀地表上延續(xù)了27米。他們是由早期進化留下來的人種，在大約366萬年前，他們自信地通過了該地區(qū)。這遠早于我們自己的物種——智人行走在地球上的時間。

這組腳印的周圍，交錯著由古時的兔子、羚羊、鬣狗、狒狒、長頸鹿和犀牛留下的雜亂的足跡。這些動物可能是被曾經(jīng)位于附近的水坑吸引而來。

我們只能根據(jù)人類祖先在上新世晚期在地上留下的短暫生活的痕跡來推測他們曾做過的事情。他們是在水坑附近追蹤動物以捕獵呢，還是只是在晚飯后散步？但只要是看到這些印記的人都會明白：無論那些人類祖先在做什么，他們都是在用兩條腿走路——也就是直立行走。

這些腳印是在坦桑尼亞利特里發(fā)現(xiàn)的，利特里十分接近坦桑尼亞的奧杜威峽谷，這是一個擁有豐富史前祖先化石的區(qū)域。那些腳印是證明我們的遠古祖先從四腿行走轉(zhuǎn)變?yōu)閮赏刃凶?，成為“兩足動物”的最古老證據(jù)。

坦桑尼亞利特里發(fā)現(xiàn)的腳印

但為什么我們的祖先要站起來，開始用兩腳直立行走呢？其原因和具體時間仍籠罩于迷霧中。盡管直立行走是我們之所以成為人的一個決定性特征，但科學(xué)界對于早期人類放棄四肢行走的原因仍然持不同意見。不過，現(xiàn)在的前沿研究或許為這一問題提供了新線索。

坦桑尼亞的奧杜威峽谷，這是一個擁有豐富史前祖先化石的區(qū)域。

最早的“人類”居住在樹上

了解我們?nèi)绾伍_始雙足行走，就可以解決許多關(guān)于物種進化的根本問題。眾所周知，直立行走為我們的祖先開始觸摸、探索、采集、投擲和學(xué)習(xí)提供了新機會。

倫敦自然歷史博物館的前沿人類學(xué)家克里斯·斯特林格說：“直立行走解放了雙手，使之可以攜帶和操縱工具。而且，直立行走允許我們長距離徒步，甚至長時間跑步。最終，這可能是導(dǎo)致我們祖先的大腦成長的一個關(guān)鍵步驟?！?/p>

如今生活在坦桑尼亞的馬賽人

在大約1300萬到600萬年前，最早的“人類”與黑猩猩擁有共同的祖先，大多數(shù)科學(xué)家認為，這一祖先在這段時間生活在非洲地區(qū)的森林中，居住在樹上。

我們只需要看看新生兒，就能看出人類祖先過去在樹上居住的一些跡象。將手指放在嬰兒的腳趾下，他們會本能地卷曲起腳趾來抓握。在樹上，靈長類動物的嬰兒從出生起就緊貼著它們的母親和樹枝。如果不這樣做，它們就會從樹上掉落并且死亡。

我們的祖先在從四腿行走轉(zhuǎn)向兩腿行走的過程中經(jīng)歷了幾個基本的身體結(jié)構(gòu)上的改變，骨盆由長而扁平的形狀變成短而寬的碗狀，這種結(jié)構(gòu)讓臀部肌肉在直立行走時能提供更好的杠桿作用。

大腿骨的角度也向內(nèi)側(cè)發(fā)生了改變，使我們祖先的腳更直接地位于身體的中心下方。脊椎也發(fā)生了彎曲，形成一個獨特的S型，這使身體重量集中于臀部，在行走時可以緩沖對大腦的作用力。最終，我們祖先的下肢也變得更長，步子可以邁得更大，走路能更加高效。

黑猩猩的腳

我們祖先腳的形狀也發(fā)生了改變。猿的拇趾很長、很大，這是為了更好地抓住樹枝。而人的腳趾則相對較短，且彼此對齊，以起到杠桿的作用，在每一步結(jié)束的時候提供推力。

那么，這些改變是如何發(fā)生的呢？又為何會發(fā)生？

自然的選擇

長期占主流的理論認為，氣候變化是這一進程的主要驅(qū)動力。幾百萬年前，非洲森林的面積開始縮減，草原面積大量增長，所以我們的祖先也逐漸離開他們世代居住的森林，搬到大草原上。

在樹木很少的環(huán)境中，雙足運動的意義很明顯：站立起來，能讓你的視線越過生長豐茂的草，看到捕食者和獵物。因此，最善于站立的祖先更有可能存活，他們的基因得以傳承下來。所以，很容易理解自然選擇是如何逐漸使古人類從簡單地站立到以一直保持直立姿勢移動。

化石記錄表明，在我們的進化過程中，進化為兩腿走路的時間可能相對較早。

例如，2001年和2002年在非洲中西部乍得發(fā)現(xiàn)了顱骨化石的碎片，這批顱骨屬于一種類猿生物，現(xiàn)在被稱為乍得沙赫人，生活在700萬年至600萬年前。頭骨的基部表明乍得沙赫人的頸部垂直地垂在頭部下方，像我們一樣，而黑猩猩則傾向于保持脖子水平。這一發(fā)現(xiàn)表明，乍得沙赫人可能已經(jīng)能用兩腿直立行走了。

乍得沙赫人破碎的頭骨化石

如果認為乍得沙赫人還不能直立行走，那600萬年前的另一種古猿可能已經(jīng)可以直立行走了。這種動物就是圖根原人。其大腿骨在形狀上與現(xiàn)代人類的大腿骨非常相似，這表明它可以直立行走。

但也有許多人認為，薩凡納的理論存在問題。最明顯的是，當時非洲的氣候沒有足夠干燥到創(chuàng)造出無樹大草原，無樹大草原是在乍得沙赫人和圖根原人進化后很久才形成的。

事實上，在人類進化過程中，非洲氣候經(jīng)歷了許多循環(huán)，每一次都改變了植物的組成。但并不存在一次足夠明確和永久的植物組成變化，可以為從四足行走到雙足行走這種基本生活方式的轉(zhuǎn)變提供動力。

然后還有另一個小問題：非得雙足直立行走才能適應(yīng)草原上的生活嗎？為什么其他很多四足行走的生物最終都適應(yīng)了大草原上的生活？甚至還有這樣的靈長類動物有相當多的時間行走在大草原上，比如狒狒，但他們?nèi)匀槐３炙淖阈凶?，沒有站立起來。

在森林中就開始雙足行走

有一個有趣的現(xiàn)象：在早期雙足行走的人類祖先的化石出現(xiàn)的地點旁邊，通常還有生活在森林中的植物和動物化石?！斑@聽起來似乎是違反直覺的，但也許直立行走實際上是從樹上開始的?！彼固亓指癖砻?。最近的研究顯示，我們的祖先在離開茂密的森林之前就開始雙足行走了。

對在蘇門答臘的猩猩的觀察表明，這些猿類在穿過森林冠層時是用兩條腿沿著樹枝走，用胳膊幫助支撐它們的重量，有時直接利用胳膊垂懸在空中。這種行動方法有助于四足行走的猿類在原本不足以承載它們的重量的樹枝上移動，從而幫助他們采集到更多的水果，并在樹與樹之間穿梭。

人類祖先可能在大約1000萬年前從猩猩的進化路徑中分離出來，不過猩猩的膝關(guān)節(jié)與現(xiàn)代人類的膝關(guān)節(jié)驚人地相似。根據(jù)利物浦大學(xué)人類學(xué)家羅賓·克朗普頓和伯明翰大學(xué)靈長類動物學(xué)家蘇珊娜·索普的觀點，這表明雙足動物的起源時間遠遠早于之前的認識。

“圖根原人顯示出的一系列特征使我確信，它就是適應(yīng)樹棲生活的，而手是來輔助動物行走的?！笨肆_普頓解釋道。

一些研究人員將直立行走與狩獵策略的轉(zhuǎn)變聯(lián)系起來。雙腳猿可以投擲武器，因此狩獵范圍更大，也可以更快地移動以狩取獵物。也有其他研究人員認為，直立行走是為了幫助我們的祖先在炎熱的非洲保持涼爽。此外，這個想法也可能有助解釋為什么我們的祖先失去毛發(fā)成為裸猿。直立行走意味著只有頭頂需要用毛發(fā)來抵御眩目的太陽光，而其他部位的毛發(fā)都不需要了，這樣更有利于皮膚在微風(fēng)中有效地散熱。

惡劣環(huán)境中，攀登的猿類更容易下地行走

那么，人類到底在什么時候出現(xiàn)了這些不同的特性和能力？在我們對雙足行走的探索之中，可能存在另一個在很大程度上被忽略的中間步驟。讓我們回到對坦桑尼亞足跡的研究：

一些研究人員正在利用古人類留下的史前足跡，通過3D掃描技術(shù)和計算機建模來模擬一些物種在直立行走時實際看到的景象?？茖W(xué)家將這些景象與已知的骨骼構(gòu)造結(jié)合起來，從而能夠詳細地比較我們的祖先早期步態(tài)和我們現(xiàn)今的行走方式。

這兩個研究都使用這種方法來分析了文章開頭提到的坦桑尼亞利特里足跡。這些印記被認為與著名的“露西”同屬一個物種——南方古猿。這種物種生活在距今390萬到290萬年前，科學(xué)家認為它們已經(jīng)經(jīng)歷了許多生理結(jié)構(gòu)上的變化以實現(xiàn)直立行走，但離我們現(xiàn)在的行走方式還有一定距離。

由馬普進化人類學(xué)研究所和美國自然歷史博物館的研究人員提出的一項研究表明，露西和她的族人的進化方向稍微有些不同尋常。他們于2016年8月發(fā)表了對利特里足跡的重建結(jié)果，文章表明，南方古猿是以一種膝蓋彎曲、類似無精打采的姿勢行走的。對于廣闊的熱帶草原來說，不管這種姿勢的行走速度有多快，這都不是一種有效的方式。

對“露西”骨骼的重建。

“看起來，他們的走路方式與現(xiàn)代人類并非截然不同，但是利特里的足跡仍然顯示出了一些與現(xiàn)代人類的微小差異，這可能使得雙足步行對于南方古猿來說更加費力?！瘪R普進化人類學(xué)研究所的負責(zé)人凱文·海泰萊說道。

除此之外，還有令人困惑的發(fā)現(xiàn)。對露西骨骼的一項新的分析表明，她在死亡之前身體多處骨折，看起來像是她死前曾經(jīng)從一個很高的地方跌落。此團隊在2016年11月發(fā)表的另一個研究表明，南方古猿一生中可能有很多時間是在樹上攀爬中度過的。

一些新的研究從一個驚人的角度提出了另一種可能性：露西可能是個攀巖者。

“從進化的角度來看，與直接從樹上下來開始直立行走相比，已經(jīng)適應(yīng)在惡劣環(huán)境中攀登的猿類更容易下地，漸漸地它們會在地面上花費越來越多的時間，最終在平原上自由穿梭?！奔s克大學(xué)的古人類學(xué)家伊莎貝爾·溫德爾說。溫德爾及其同事認為，地質(zhì)環(huán)境的變化是促進我們的祖先開始用兩條腿行走的原因。發(fā)現(xiàn)大多數(shù)早期人類祖先化石的東非地區(qū)具有活躍的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，這里布滿著懸崖和峭壁，這些人類祖先生活在不穩(wěn)定的裂谷。

我們的腳與300萬前的腳沒什么兩樣

“我認為我們通過進化適應(yīng)了不穩(wěn)定的地形，我們的腳也反映了這一點，”伯恩茅斯大學(xué)人類學(xué)家馬修·貝內(nèi)特說，“東非地區(qū)有許多斷層洼地和露出地面的巖層，這為人類祖先提供了躲避捕食者和安全休息的避難所?！?/p>

貝內(nèi)特的研究課題是尋找新的方法來研究人類的腳，并將其與我們祖先的腳進行比較。他使用3D掃描制作了利特里的足跡和在肯尼亞伊萊雷特（可追溯到150萬年前）發(fā)現(xiàn) 的另外一套足跡的模型。這些模型表明，產(chǎn)生這些足跡的古人類是像我們一樣直立行走的物種，而且他們的行走方式與現(xiàn)代人的差異并不大于現(xiàn)代人種內(nèi)的自然變異。

貝內(nèi)特認為，人類的腳所起到的功能，比我們此前認為的還要更加微妙而靈活。也許是因為我們總是把它們包裹在鞋子里，才忽略了它的功能。

“我們認為腳可以看作是一個簡單的杠桿，允許我們在走路時腳趾抬起，”他說，“這是一個簡化的圖像，腳還有很多靈活的結(jié)構(gòu)，允許我們做一系列的事情。如果你需要，你可以爬上一棵樹，可以在巖石邊坡上避難，也可以在濕滑的地面上順利地從一個水源移動到另一個水源?！?/p>