除了生殖,人還有更重要的進化 --- 『进化史上的奇迹』


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送交者: 543 于 July 06, 2017 03:27:10:[新观察/xgc2000.org]


直立行走给人类带来了强烈的狩猎欲望,狩猎水平因此不断得到提高,人类吃到的肉食越来越多,营养水平持续改善带来了全方位的好处,为更加高大的身体奠定了物质基础。而复杂的身体需要复杂的大脑,这对于野外生存来说至关重要。可是在非洲大草原上,所有动物都与人类一起经过生死磨炼,很难轻易捕捉到手,守株待兔只是寓言。我们没有狮子那样强健的体魄,也没有豹子闪电般的速度,幸好我们拥有非凡的大脑和长途追杀能力,可以有计划地集体捕猎、设置陷阱、使用棍棒和骨头作为武器等。我们吃到的东西更多,从昆虫到羚羊,从蚯蚓到渡渡鸟,来者不拒。而丰富的营养更加有效地回馈了大脑,这是一个明显的良性循环,大脑的反应速度得以不断提高。只有反应能力与对手匹配,才能适应更加险恶的环境,吃到更多的食物,当然还要避免被别的动物吃掉。

一个有趣的事实支持了这一理论。在现有的野生动物中,在相近体重条件下,食肉动物的大脑比食草动物更具明显优势,所以,食肉动物总能吃到食草动物。出现这种情况可能有几方面的原因,比如只有吃肉才能支撑起更大的脑袋;或者捕猎需要更强的智力;或者原因出在食草动物身上,由于食物得来全不费工夫,它们根本不需要花费代价增加大脑容量,一个大脑袋在逃跑时也累赘不是?

此前南美洲是一片与世隔绝的大陆,生活着很多食草动物,没有高级食肉动物。食草动物没什么好担心的,在漫长的进化岁月里,它们完全不思进取,大脑没有任何增大的表现,结果当高级食肉动物从北美跨过巴拿马海峡来到南美时,那些脑袋很小、毫无警惕性的食草动物经不起食肉动物的胡吃海塞,很快就被吃完了。

但无论食草动物还是食肉动物,大脑都没有发展到人类的水平,它们缺乏直立行走这个重要的前提,因而缺乏刺激大脑进化的后续因素。在诸多后续因素中,最重要的是双手。双手除了作为万能工具,还负责感觉与抚摸,对促进情感交流起到重要作用,轻轻捏捏脸颊和甩手一个大嘴巴,足以表达完全不同的含义。敏感的双手还可以感受更多的神经信号,并实时传回大脑请求奖赏。通过抚摸或触碰,双手还可以对物体的轻重、粗细、冷热等指标做出基本判断,所有这些感知内容都会产生巨大的信息量,需要大脑迅速加以理解并做出反应。

大脑的反应水平与双手的感知水平同步进化,这已被化石记录所证明。人类学会使用石器以后,脑容量随之增加了一倍。这是因为控制双手的大脑区域所占比例极大,仅次于灵巧的舌头,诸如弹琴、写字、绘画等手指活动,都会促使脑血流量明显增加。无论是精细的手工操作,还是粗暴的徒手搏击,双手都必须时时得到大脑的指挥。在格斗中,出拳方向和速度快慢都要在瞬间得到确认,错过打击目标也就意味着成为被打击目标。

眼睛也在默默地塑造着大脑的能力。在野外生存条件下,眼睛受伤意味着致命的危险,同时也意味着人类在进化过程中对眼睛具有高度依赖性。直立行走的人类视野更加开阔,在大草原上的所见所得和狮子、狒狒等的完全不同。人类捕获猎物后,可以不依靠嗅觉就顺利找到回家的路,但需要大脑的方向辨别能力和定位能力的引导,图像信息总量因此同步增加,更不要说我们看见的是立体彩色的世界。与数码相机原理类似,较高质量的图像会占据较大的存储空间,照片数量越多、像素水平越高,对存储空间的需求也越大。从眼前不断掠过的丰富图像,对人脑无疑是空前的挑战,我们必须进化出处理能力更快的大脑,绝不能让色泽艳丽的图像随着前进的步伐而上下剧烈抖动,要不你拿着相机边走边拍试试?

长颈鹿的视野也很开阔,但仍然无法与人类相比,因为长颈鹿的智力基础比较薄弱,就好比给科学知识为零的人配备一台高级天文望远镜,他可能会看到眼花缭乱的太空信息,却没有能力进行科学处理,大部分信息都会被迅速过 滤并遗忘,以免占据过多大脑内存,也就不会产生创造性的天文学理论。对它们而言,只有哪里有食物、哪里有狮子、哪里有异性同伴才是有效信息,它们的大脑处理这些信息已经足够,过于复杂的大脑反而会影响它们的生存。一只仰望天空、沉思宇宙起源之谜的长颈鹿,将很快成为狮子口中的美食,它们至死也不知道大爆炸理论到底是对是错。

双手的使用、狩猎的需要、营养的改善和视觉信息的迅速增加,都只是人脑增大的部分前提。人脑容量的增加是涓滴成河、不拒细流的过程,是海纳百川的结果,是各种复杂事件的综合而不是单一事件的影响,每种因素都对大脑施加了一定的影响。比如双耳听力的改进;复杂语言的使用;触摸感觉依赖性的提高;幼态持续导致脑袋变圆;走出非洲时应对复杂气候条件的需要;非洲草原炎热的气候有利于神经元细胞的增殖;人类对火的使用可以在食物摄取量不变的前提下增加营养摄入,这种额外的摄入也给大脑提供了稳定的物质保障等。

圆形的容积最大,因而可以容纳更多的脑细胞。人的头颅也因此与其他动物明显不同,区别在于人脸比较短,如果长一点儿就会被讽刺为驴脸。短脸显得圆而可爱,根本的原因是较短的脸不至于让脑袋有前倾的趋势,顶在脖子上就更省力气,否则,时常要用双手去扶正自己的脑袋,就像扶一顶尺寸过大的帽子,无论如何也是极其尴尬且危险的事情。

圆脸还使颈部的肌肉省去了很多牵引力,使得我们的脖子不会变成“肌肉串”。我们的脖子是优秀的脖子,得益于我们的脑袋可以被稳稳地顶在上面。黑猩猩的脖子又短又粗,要用很多肌肉把脑袋绑稳当,因为绑得太结实,脑袋就很难转动,结果转头时需要把身子一同转过来,否则,脖子上的肌肉就要消耗更多的能量,这样就根本谈不上什么顾盼生辉。而人类可以方便地左顾右盼,动作不到位时,还会被当作贼头贼脑。

信息量的大幅增加促使智力迅猛发展,进而成为个体竞争的重要武器,这场竞争不以枪炮和肌肉为主要内容,而以智力与技巧为决胜指标,聪明的人无疑会得到更多的资源。而这又将脑袋升级为性选择的重要参考依据,就像是孔雀的尾巴,只不过这次顶在了头上,更大的脑袋就像是更漂亮的尾巴,容易在性选择中获得更多的配偶。

随着大脑基因研究的深入,人们发现了越来越复杂的影响因素,比如猴子、狗等社交性动物,大脑进化速度要比猫等独居动物更快,因为群居和社交需要更多的沟通与合作,对大脑的要求更高。独来独往的动物只要管好自己就行,当然不需要太大的脑袋。而人类无疑是社交能力极强的群居动物,以至于网络时代首先发展起来的就是社交网站,社交的需要已深深植根于生活之中,复杂的社交活动也大幅增加了信息量,对智力的依赖性更加深刻,这都需要更强大脑的支持。

所有这些因素中,『直立行走』是变化的根源,『信息量增加』是压力,『营养改善』是物质基础,具备了这些要素,大脑完全有理由变大,但不等于必须变大,具体如何变大取决于基因,最直接的生物学基础仍然是基因突变。

科学家们已经发现了影响大脑发育的基因,这个基因只有100多个碱基,在其他动物身上非常保守,数亿年来很少突变,比如黑猩猩和鸡,二者在进化树上分开了3亿多年时间,却只有2个碱基变异,说明这个基因非常重要,不可轻易改变。

但是,在几百万年前,人类的大脑发育基因却突然加速突变,比其他基因突变快了70倍,短期内与黑猩猩拉开了十几个碱基的差异。进一步的研究发现,这一基因并不表达蛋白,只是对其他基因起到调控作用,相当于一个连锁开关,打开以后很多灯光将相继亮起,人类的进化历程就这样充满了光明。

后来,科学家们又陆续发现了几个影响大脑发育的基因,有些基因一旦突变,人脑将无法增大,呈现小脑畸形。这种基因在胚胎发生期就产生作用,通过调节神经前体细胞增殖而影响脑容量,使得神经元减少,大脑皮层变薄,从而导致智力下降。特别是最近鉴别出的一个基因更让人吃惊,当它突变时,人脑就会变回400毫升左右的水平。而这个数字,正是200多万年前露西的大脑水平。

人脑与猿脑分道扬镳还有一个重要的途径,就是赋予旧的基因以新的功能,其中涉及基因的复制与倍增,即所谓基因的新功能化,可以在不改变基因序列的前提下获得新的性状。通过基因组测序,研究人员已经了解了人类进化过程中的很多基因新功能化事件,都与大脑结构相关。

进一步的研究发现,人类还有一个丢失的基因,现在仍控制着黑猩猩的大脑容量,它位于一个抑癌基因旁边,并对这个抑癌基因起到调控作用。所谓抑癌基因,就是抑制癌症发生的基因,可以有效控制细胞的分裂与生长,如果抑癌基因失活,细胞分裂将失去控制。极有可能正是这个基因的丢失,导致抑癌基因的活性改变,使得人类大脑神经元增殖提速,智力随之飞速提升。

另外还有一些零散的证据表明大脑发展的逻辑。约4万年前发生了一次与脑磷脂相关的突变,而那一时间正好是人类艺术与音乐出现的时期,同时人类也开始大量制造工具,随后进入新石器时期。6000多年前的一次突变,则暗合了人类书面语言及农业与城市的发展。




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