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                        古生物博物館 > 從猿到人 > 人類走出非洲 > 最早的人類在非洲 > 能人——巧手的人

                           
                      人屬的優勢
                          

                        我們當今的人類就是人屬的一員,他是由能人經直立人和早期智人進化而來的。為什么只有早期的人屬成員能夠發展出現代人而當時也生活著的各種南方古猿卻沒有能夠繼續發展而走向了絕滅呢?人屬擁有什么競爭優勢呢?在我們講述人屬發展的具體過程之前,先讓我們來了解一下人屬有哪些優越性吧。

                        腦量的飛躍
                        獨特的生長曲線
                        軟弱無助的嬰兒期
                        童年時代的延長
                        社會結構的重要改變
                        肉食性增強
                        運動方式上有更強的適應能力
                        會制造工具
                        為何只有人……?

                        ·腦量的飛躍

                        所有的南方古猿都有小的腦子、大的頰齒和前突的上下頜,并且實行一種似猿的生存戰略。他們主要吃植物性食物,社會關系可能與現代生活在熱帶稀樹草原上的狒狒相類似。他們只是行走方式與人相似,其它方面則沒有一點與人一致。

                        與南方古猿相比,能人的腦量已經有了飛躍性的發展;另一方面,他們的牙齒也有所變化,顯示出對于食性改變(更多地以肉類為食)而產生的適應。但是還不止這些。對我們人類祖先生物學的新研究顯示,人屬的其它許多方面也改變了,從而使這種生物從類似于猿的一端跳到了更象人的一端。

                        ·獨特的生長曲線

                        現代人類最重要的特征之一,是嬰兒剛剛從母體內生出時是軟弱無助的。在成長過程中,他們必須經歷一段較長的兒童期,然后經過一個生長突然加快的青春期,此時他們的身高以驚人的速率增長。在現有哺乳動物中,惟獨人類出現這種現象;包括猿類在內的大多數哺乳動物,都是從嬰兒期幾乎直接步入成年期,F代人類從一個青年個體到成年,在生長突然加快的青春期中,身體尺寸的增加大約為25%;相反,黑猩猩的生長曲線十分穩定,它們的身材從青年到老年僅增加14%。

                        那么現代人類為什么會表現出這種獨特的生長曲線呢?原來這與人類成長過程中必須經歷的高強度的學習過程是相關的。如果成長中的兒童與成人在身材大小上有大的差別,兒童就會對成人產生敬畏從而建立起師生關系,這樣有利于兒童更好地向成人學習;如果人類的兒童按照與猿相似的生長曲線很快地使身材達到接近成人的高度,則可能與成人產生對抗而不是敬畏了。當相對漫長而艱苦的學習時期過去以后,人類的身體便可以憑借青春期的突增性加速生長而“趕上來”。

                        現代人類之所以需要如此長的時間進行強化的學習,那是因為他們在長大成人的過程中不僅需要學習維持生存的技能,而且還要學習傳統家族關系和生活規則等等文化方面的東西。文化是所有動物界中唯獨人類才有的特殊適應,兒童期和成熟期的不同尋常的生長發育型式使這種適應成為可能。

                        ·軟弱無助的嬰兒期

                        不過,現代人類初生嬰兒的軟弱無助現象卻不是文化上的適應,而是一種生物學現象:由于人類擁有大的腦子但骨盆結構具有制約性,因此人類的嬰兒出世的時間相對太早。

                        腦子的大小不僅僅與智力有關,而且還與生活史中重要的事件有關,例如斷奶的年齡、性成熟年齡、妊娠期和壽命。與腦子較小的動物物種相比,與之相關聯的腦子較大的物種的嬰兒斷奶期要遲一些,性成熟要晚一些,妊娠期要長一些,個體壽命也要長一些。根據與其他靈長類的比較所進行的一項推算顯示,如果要使初生嬰兒腦量達到與身體的比例相適合,平均腦量為1350毫升的現代人的妊娠期應該是21個月,而不是實際上的9個月。這就是說,人類的嬰兒在誕生時腦量遠遠沒有達到應該達到的水平;要達到那個水平,他(她)還需要1年的發育時間才能趕上去;因此,他(她)初生時必然是軟弱無助的。

                        那么現代人類為什么不能在懷孕21個月后生下具有適當的腦量能夠有一定的自助力的嬰兒呢?為什么大自然將人類的新生兒過早地暴露于進入人世的危險中呢?這是由人類所擁有的大的腦子和相對狹小的骨盆開口所決定的。

                        在猿類和人類的個體發育過程中有一個共同的趨向,即腦子的發育快于身體的發育;也就是說,腦量在生命史的早期就迅速達到成年個體的水平。猿類新生兒的腦量平均約200毫升,大約為成年時的一半。因此,猿類的新生兒就能夠擁有一定的自助力。如果現代人類也象猿類那樣生出具有一定自助力的新生兒,那么新生兒的腦量就應該達到675毫升。對于人類的雌性個體(婦女)來說,分娩出腦子如此碩大的嬰兒是異常困難的,有時甚至會威脅到母親的生命。在人類的進化過程中,骨盆的開口已經有所增大以適應嬰兒腦子的增大;但是,骨盆開口的增大是有限度的,它受到了兩足直立行走這種運動方式的制約;當新生兒的腦量為現在的平均385毫升(約為成人的1/3)時,人類骨盆開口實際上已經達到了極限。

                        從新生兒到成年,人類腦量增加2倍,而猿類腦量只增加1倍。這種不同的腦發育型式本身就是人猿相區別的一個重要方面。

                        反過來作一個推理:以人類新生兒的平均腦量385毫升為準,它的2倍是770毫升;那么,如果某種高等靈長類成年時超過這個數字,就說明腦量在成長過程中不得不增加2倍以上,也就是說開始有了那種嬰兒軟弱無助地“過早”進入人世的發育型式,那么他們在發育類型上就應該是更接近于人而遠離猿的類群了。這樣來看,能人的成年腦量大約為800毫升,似乎是剛剛離開人類和猿類的分支點而向人類的方向起步了;而早期直立人的腦量大約為900毫升,說明他們已經明顯地向著人類的方向前進了。

                      特卡納男孩

                        約翰·霍普金斯大學的解剖學家艾倫·沃克根據理查德·利基研究小組于1984年在肯尼亞北部特卡納湖西岸發現的直立人“特卡納男孩” 的化石推測,直立人的骨盆開口比智人小,直立人新生兒的腦量大約為275毫升。這樣的體積大大地小于現代人新生兒的腦子;可是,它正好是成年直立人腦量的1/3,這個比例與現代人一樣。這就是說,直立人的嬰兒與現代人一樣在出世時是軟弱無助的。

                        因為迄今還沒有發現直立人的直接祖先能人的骨盆,所以科學家還不能對能人做類似的計算。如果能人的嬰兒在生下來的時候腦子有直立人的新生兒那么大,那么他們也會“過早地”出世,只是不象直立人那么“嚴重”;他們在出生時也會是軟弱無助的,但是這種狀態持續的時間會比直立人短;他們也會生活在一個象人一樣的社會環境里,只是他們的社會環境還比較簡單與古樸。因此可以推測,人屬從其剛剛開始出現時,就開始以一種與過去完全不同的方式去生活、去發展、去應對大自然的挑戰。與之相反,各種南方古猿雖然也已經站立起來并邁開了雙腳,但是他們卻依然具有與猿類相似的較小的腦子,因而他們的早期發展也依然遵循著與猿類相似的型式。

                        ·童年時代的延長

                        從最早的人屬開始,人類在嬰兒期軟弱無助的這段較長的時間內,就需要父母親的悉心照料。但是,兒童期的其余時間情況如何呢?兒童期需要持續多久才能使人類的孩子們能夠學習到足夠的技能與文化、吸取足夠的實踐經驗,順利進入并度過隨后出現的突增性生長的青春期呢?

                        現代人童年時代的延長是由于其體質生長與猿類相比減慢了。因此,人類在其生活史中所經歷的任何一個里程碑式的事件都要來得比猿類晚一些。例如,第一顆恒臼齒的萌出時間,人類兒童在大約6歲,而猿類則在大約3歲;第二顆恒臼齒的萌出時間,人類為11至12歲之間,而猿類則為7歲;第三顆恒臼齒的出露,人類在18至19歲,而猿類則在9歲。

                       。福澳甏笃,美國密執安大學的人類學家霍利·史密斯以腦量與第一顆恒臼齒萌出的年齡相聯系,研究出一種推導化石人類生活類型的方法。她將人和猿的材料綜合積累起來作為一條基線,然后與化石人類進行比較,結果分析出3種生活史類型:1.現代人類型,第一顆恒臼齒在6歲萌出,平均壽命66歲;2.中間類型;3.猿的類型,第一顆恒臼齒萌出時略大于3歲,平均壽命大約40歲。在這樣的分析體系中,所有的南方古猿都屬于猿的類型;晚期直立人,即生活時代晚于距今大約80萬年的直立人,同尼安德特人一樣,屬于現代人類型;早期直立人則屬于中間類型,例如特卡納男孩(生活在160萬年前的早期直立人)的第一顆恒臼齒可能是在他略大于4歲半時萌出,如果他沒有在9歲時夭折,他可以期望活到約52歲。

                        史密斯分析得出的結論在當時引起了激烈的爭論,因為傳統觀點認為包括南方古猿在內的所有人科成員都遵循早期發育緩慢的似人的模式。怎樣證明誰對誰錯呢?正好,解剖學家克里斯托弗·迪安和蒂姆·布羅梅奇在倫敦大學學院剛剛設計出一種直接測定牙齒年齡的方法:在顯微鏡下觀察,牙齒上有一些線就象樹木的年輪一樣可以反映其年齡。迪安和布羅梅奇把他們的技術應用到了古人類學領域,他們研究了一個南方古猿的下頜骨。就牙齒發育程度來說,這個下頜骨與湯恩小孩相當,其上第一顆恒臼齒正在萌出。牙齒上的那些線表明,這個個體死亡的時候剛過3歲不久;觀察的結果正好說明,南方古猿的生長曲線遵循著一種似猿的模式。

                        迪安和布羅梅奇又觀察了其他各類人牙化石,結果發現了與史密斯的結論一樣的3種類型:現代人類型、中間類型和似猿的類型。其中,南方古猿為猿的類型,早期直立人為中間類型,而晚期直立人和尼安德特人則為現代人類型。

                        這些研究成果又一次引起了爭論。直到美國圣路易斯華盛頓大學的人類學家格倫·康羅伊和臨床學家邁克爾·范尼爾把高技術由醫學界帶到人類學實驗室以后,這一爭論才終于有了了結。他們利用計算機三維CT掃描技術看到了湯恩小孩的下頜化石的內部,結果基本上證實了迪安和布羅梅奇的結論,即湯恩小孩死于大約3歲的時候,他是一個遵循似猿的生長曲線模式的幼兒。

                        通過化石來研究生活史中的重要事件和通過研究牙齒發育狀況來推測生物學特征,這樣的新技術使古人類學跨上了一個新的臺階。利用這些技術手段我們可以推測到,特卡納男孩會在4周歲前斷奶;假如他能夠活下去,他將在大約14歲時達到性成熟;他的母親可能在13歲時生第一個孩子。

                        ·社會結構的重要改變

                        早期人屬成員在生長發育類型方面向著現代人方向的進化是在一系列一定的社會條件中出現的。所有的靈長類都是社會化的,但是現代人的社會行為能力發展到了最高的程度。從早期人屬成員牙齒上的證據推測出來的生物學方面的變化告訴我們,他們的社會交往已經開始強化,他們已經創造出了一種培養文化的社會環境;而且,整個社會結構也有了重要的改變,這一點,通過比較男性和女性身材的比例,以及將這樣的比例與我們所知道的各種靈長類的情況進行對比,我們就可以很清楚地認識到。

                      狒狒

                        生活在熱帶稀樹草原的狒狒種群中具有性雙性現象,即雄性體重達到雌性的兩倍。這種性雙性現象只有當雄性成年個體中間為了獲得與雌性交配的機會而存在激烈的競爭關系時才會出現。與大多數靈長類動物一樣,雄狒狒長到成年時就離開原來的群而加入到附近別的群里,從此以后便與已經在那個群中定居了的其它雄狒狒處于競爭狀態。這種雄性遷居的方式,使得大多數的狒狒群內的雄性通常沒有什么親緣關系,因此它們就沒有因為擁有一定的共同基因而需要彼此合作的達爾文原因(即遺傳原因)。

                      黑猩猩

                        相反,在黑猩猩種群里,雄性留在其出生群中,而雌性卻遷移到其它群里。結果,同一個群內的雄性彼此之間是兄弟,擁有一半的共同基因。因此,它們在獲得雌性時有彼此合作的達爾文原因。它們合作對抗其它的黑猩猩群;在偶爾進行的涉獵活動中它們也常常彼此合作地將一只猴子逼到一棵樹上然后將其捕獲。這種雄性之間缺少競爭同時增進合作的行為方式以不同于性雙性的情況反映在雌雄身材的比例上,這時雄性僅比雌性大15%~20%。

                        在雌雄性體形大小的比例上,各種南方古猿都符合狒狒的型式。因此可以合理地推測,南方古猿的社會生活與現代的狒狒相似。從直立人的典型代表北京猿人的情況來看,直立人男女身材上的差別比南方古猿小,但比現代人大。而當對比早期智人的的情況時,我們發現男人的身材僅比女人大20%了。劍橋大學的人類學家羅伯特·弗利和菲利斯·李認為,在人屬起源的時候,這樣的雌雄性身材比例上的改變肯定反映了社會結構的變化。早期人屬中的男人們很可能與其同父或同母的兄弟們一起留在其出生的群中生活,而女人們則遷移到別的群中;這樣的方式必然促進了男人們之間的合作。

                        那么,是什么原因促使社會結構發生了這樣的變化呢?有些人類學家認為,男性之間的密切合作有利于抵御鄰近人群的侵犯。不過更多的證據表明,這種變化更可能是由于人屬的食性發生了變化--肉類變成了能量和蛋白質的重要來源。為了獲得大量的肉食而進行的狩獵行為必然要求同一群體中的男人進行更多的合作。

                        ·肉食性增強

                        人屬肉食性增強的跡象表現在其形態和生理的各個方面上。

                        早期人屬的牙齒和上下頜骨的構造與南方古猿不同,表現出更強的肉食性。

                        早期人屬腦量的增大也表明其肉食性的增強。生物學家證明,腦是動物新陳代謝耗費能量很大的器官,以現代人為例,腦子只占體重的2%,但卻耗費人體新陳代謝總量的20%。靈長類是腦量相對最大的一個動物類群,而人的腦量又大大地超出一般靈長類的水平。如果體重相當,人的腦量是猿的3倍。因此,早期人屬腦量的增加必然與獲取更高的能量聯系起來。也就是說,早期人屬的食物必須既來源可靠又營養豐富。這樣的食物資源只能是肉類,因為只有肉類才是最高效的熱量、蛋白質和脂肪的集中來源。這一切表明,早期人屬只有在其食物中大大提高了肉類的比例,才能形成超過南方古猿的大的腦子。

                        ·運動方式上有更強的適應能力

                        除了牙齒、頜骨和腦量外,早期人屬在還在其它方面體質方面顯示出比南方古猿更強的適應性,這些體質特征說明的是:南方古猿雖然能夠兩足行走,但是靈活性依然較差;早期人屬則行動敏捷,而且開始能夠有效地奔跑。

                        這樣的結論首先得自于蘇黎世人類學研究所的人類學家彼得·施米德對露西的研究。他用化石骨骼的玻璃纖維模型裝架了露西的全身骨架,發現她的胸廓呈圓錐形,象猿,而不是象人那樣呈桶形;而且,露西的肩、軀干和腰也很象猿的形狀。因此,施米德解釋說,露西所代表的南方古猿阿法種不能夠提升胸部以進行我們奔跑時所出現的深呼吸。而且,他們大腹便便,沒有腰,以至于限制了靈活性;而在人類奔跑時,靈活性是非常重要的。

                        另一方面,萊斯利·艾洛測量了現代人和現代猿的身長和體重,將之與化石人的身長和體重進行比較,F代猿的身體粗壯,體重為同等身高的人的兩倍;與之相比,南方古猿的狀況象猿,而所有各種人屬成員的狀況都象現代人那樣身材輕巧靈活。

                        回憶一下兩足直立行走最初的適應意義,我們還記得它是作為在變化了的自然環境中的一種效率更高的行動方式而產生的。它使得兩足行走的猿能夠在不適合于一般猿類生活的棲息環境中繼續生存并發展下去。當兩足行走的猿在開闊的疏林地區尋找廣泛的食物資源時,他們能夠在更大的地域范圍內來來往往。而當人屬進化出來的時候,一種新的行動方式產生了--仍然是兩足直立行走,但卻敏捷和靈活得多。靈活輕巧的身材使早期人屬能夠“大步流星”地行走以至于奔跑;同時,還能夠有效地將如此劇烈運動所產生的熱量散失掉,這一點,對于生活在非洲炎熱的熱帶稀樹草原地區的早期人屬成員來說是尤其重要的。高效率、大跨步的兩足行走,代表了人類適應中的核心變化。這種變化與人類食性的轉變也是密切相關的,因為,它有利于活躍的涉獵行為。

                        一只活躍的動物散熱的能力對其腦子的生理活動是特別重要的。紐約州立大學的人類學家迪安·福爾克在80年代所作的解剖研究證實,人屬腦子血管的構造表明,由其流出的血液能使腦子有效地冷卻,而南方古猿的情況則非常不同。

                        對人屬在運動方式上擁有更為巨大的適應能力這一觀點的更有力的支持,來自于使用計算機斷層掃描技術所了解到的早期人類的內耳的解剖結構。所有哺乳動物的內耳中都有3根C形的管子,叫做半規管。3根半規管互相垂直,其中兩根垂直于地面。半規管的這種構造起著維持身體平衡的作用。利物浦大學的科學家弗雷德·斯普爾發現,人類的兩條垂直于地面的半規管比猿類的大得多,這種現象顯然是兩足直立行走的物種(人)對直立姿勢所需要的特殊平衡的特殊適應。斯普爾繼續觀察早期人類的化石,結果確實令人驚訝:在人屬的所有物種中,內耳的解剖結構都與現代人無法區別;而在南方古猿的所有物種中,半規管的構造都象猿!

                      打制石器

                        ·會制造工具

                        綜上可見,與南方古猿相比,人屬在體質上的優越性是不言而喻的。讓我們再來看看我們祖先行為的最明確的證據--那些用石頭制造出來的最原始的工具吧。

                        人類在250萬年前開始用一塊石頭撞擊另一塊石頭以制造邊緣鋒利的工具(稱為石器),從而開創了人類能動地適應自然、利用自然直至改造自然的技術發展歷程。

                        最早的石器是用一塊石頭打擊另一塊石頭所做出來的小的石片,長約2.5厘米,邊緣驚人地鋒利。這種石片雖然簡單,但用途很多。伊利諾斯大學的考古學家勞倫斯·基利和印第安納大學的考古學家尼科拉斯·托思在顯微鏡下發現,石片上有不同的擦痕。有些擦痕是由于割肉而形成的,有些是砍樹木而形成的,有些則是由于切割較軟的植物如草類等而形成的。因此可以想象,我們的祖先曾經來到河邊一個簡陋的營地,用一些石片砍下幼樹搭成架子,用另外一些石片割下茅草蓋在架子頂上造出簡易的建筑,然后他們就在這簡陋的建筑物的蔭庇下用其它一些石片宰割獵物,開始了他們那原始卻在一步步地走向今天的生活。

                        迄今發現的最早的石器組合的年代距今大約250萬年,其中除了石片外還包括較大的工具,如砍砸器、刮削器和各種多邊器。在大多數情況下,這些石制品是從一塊大的石塊上打制下來的,旣悺だ嗄暝趭W杜韋峽谷研究這種最早的技術,由此將之命名為奧杜韋工業。這套技術一直延續到大約140萬年前,它的基本特征是打出什么樣就是什么樣,沒有什么規律可循。

                        但是,這種沒有什么規律可循的、打出什么樣就是什么樣的技術卻開創了人類進化歷史的新紀元。當我們的祖先發現了持續制造鋒利石片的訣竅時,他們突然能夠得到從前無法得到的食物。小小的石片是一種高效的工具,它們能夠切開過去的人們用牙齒怎么也不可能咬開的獸皮,從而使獸肉暴露出來。于是,制造和使用這些簡單石片的人們就可以得到一種新的能源--高質量的動物蛋白。由此,他們不僅擴大了覓食的范圍,而且,這種新的高效能源一方面為他們腦量的增大提供了營養保障,另一方面也增加了成功地生育后代的機會。生殖過程是一種耗能很大的過程,擴大膳食尤其是增加肉食會使生殖過程更加有保障。

                        奧杜韋工業的時代是人屬的最早成員與許多南方古猿的物種同時存在的時代,那么這些工具究竟是誰制造的呢?最可靠的結論就是人屬。一方面,人屬具備能夠制造工具的更為發達的智力(大的腦量);另一方面,各種南方古猿與人屬有著顯然不同的特定適應,人屬吃肉很可能是這種差異的一個重要部分--對于不具備食肉動物那樣的鋒爪利齒的早期人類來說,石器制造是肉食能力的一個重要部分,沒有這些工具,吃植物者也能生存。

                        托思在研究肯尼亞考古遺址的工具和作制造工具的實驗時發現,在最早的工具制造者中使用右手的人多于使用左手的人,就象現代人一樣。這種利右手的現象與大腦的不對稱相呼應,在現代猿群中是不存在的。這就是說,最早大約200萬年前,人屬的腦子已經變成“真正的人腦”了。

                        總而言之,人屬的適應是成功的,我們人類今天所達到的一切就是證據。

                        ·為何只有人……?

                        但是為什么其他的兩足直立行走的物種沒有能夠生存至今與人類為伴呢?

                        從250萬年前開始,人屬在東非和南非與幾種南方古猿共生著,但是到了距今100萬年前,所有的南方古猿都先后走向滅絕,這樣的命運是怎樣造成的呢?

                        不可否認,人屬本身的發展就是這種結局最主要的原因。早期人屬的人數很可能迅速地增多,從而變成與南方古猿爭奪賴以生存的食物資源的主要競爭者(人屬雖然增加了肉食,但是仍然消耗大量的植物性食物);到了距今大約200萬年前,當直立人出現以后,這種競爭就更加向著有利于人屬的方面發展,因為直立人是極為成功的一個物種,他們在人類的進化史上第一次走出了非洲。此外,在距今100萬年至200萬年之間,生活在地面上的獼猴超科中的一個物種——狒狒也進化得非常成功,數量得到發展,也會與南方古猿繼續競爭。南方古猿很可能就絕滅于一方面由人屬、另一方面由狒狒所施加的雙重競爭壓力之下。

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