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揭秘人類進(jìn)化歷程:地鐵上可能會(huì)遇到一張“智人臉”

2018/3/1 14:04:52 來源:網(wǎng)易科技 作者:小小 責(zé)編:騎士

科學(xué)家們正在重新尋找人類誕生的起點(diǎn),即我們與類人猿是何時(shí)分道揚(yáng)鑣的?他們?nèi)栽谘芯烤_的日期,即使這個(gè)時(shí)間跨度可能長達(dá)100萬年。隨著新的發(fā)現(xiàn)不斷涌現(xiàn),科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步,就像人類進(jìn)化史上的許多重大問題一樣,這個(gè)問題的答案本身在過去幾十年里不斷演變。

圖1:人類祖先的身份至今仍不明確,盡管有確鑿證據(jù)表明,如拉密達(dá)地猿(Ardipithecus ramidus)這樣的物種可能是人類的直系祖先或始祖近親

人類與猿類何時(shí)分化?

遺傳學(xué)已經(jīng)證明我們與近親黑猩猩分道揚(yáng)鑣的時(shí)間線。當(dāng)我們在2005年對完整基因組進(jìn)行比較時(shí),發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)物種的DNA中有98%都是相同的。這些差異為我們的血統(tǒng)分化的時(shí)間提供了重要線索。通過估計(jì)新基因突變被代代相傳的速率,科學(xué)家們可以利用基因差異作為“分子時(shí)鐘”,粗略地估計(jì)出分化發(fā)生的時(shí)間。大多數(shù)計(jì)算表明,這個(gè)時(shí)間在400萬到800萬年前。

這個(gè)“時(shí)間窗口”遠(yuǎn)比我們原來想象的更近。在20世紀(jì)60年代,化石證據(jù)使得古生物學(xué)家們得出結(jié)論,認(rèn)為短吻拉瑪古猿(Ramapithecus)是人類最早的祖先之一。但隨后的DNA分析顯示,分化發(fā)生在那很久之前,短吻拉瑪古猿現(xiàn)在被認(rèn)為是猩猩的祖先。

科學(xué)家們還在尋找我們和其他猿類之間的“缺失環(huán)節(jié)”嗎?

我們?nèi)匀徊恢雷约汉秃谛尚勺罱餐嫦鹊纳矸荨5茖W(xué)家們往往不喜歡“缺失環(huán)節(jié)”這一說法,因?yàn)檫@意味著進(jìn)化是以一種有序、線性的方式進(jìn)行的,并且有明確的節(jié)點(diǎn)。自然歷史博物館人類起源負(fù)責(zé)人克里斯·斯金格(Chris Stringer)表示:“這讓人感覺,有一種過渡形式,神奇地彌合了現(xiàn)代猿類與人類之間的鴻溝,并表明我們必須將一切都納入我們的進(jìn)化路線中?!?/p>

但現(xiàn)實(shí)是混亂的:不同的人類分支以不同的速率進(jìn)化,新的特征可以獨(dú)立出現(xiàn)好幾次。分化可能持續(xù)了數(shù)千年,跨越大洲,種群分化,然后再次雜交。與其說這是一棵生命之樹,倒不如說它更像是茂密多刺的灌木。

我們是否可以假設(shè),我們與其他猿類的最后共同祖先就像黑猩猩那樣?

不一定,黑猩猩不是簡單的進(jìn)化人類版本。我們假設(shè)的共同祖先會(huì)有類似黑猩猩和人類的特征,同時(shí)還有被這兩個(gè)物種最終拋棄的某些特征。這個(gè)共同的祖先可能是四肢著地行走,或者是直立行走。

科學(xué)家們?nèi)栽谠噲D將這種進(jìn)化拼圖拼合起來,在基于化石的記錄中,顯示人類與猿類共同祖先是一種不斷變化的生物。更復(fù)雜的是,大多數(shù)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的化石可能只是進(jìn)化的旁支,而不是直接祖先。

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了哪些重要化石?

人們相信的最早人類血統(tǒng)標(biāo)本之一,是在乍得發(fā)現(xiàn)的、擁有六七百萬年歷史的化石。它被稱為乍得沙赫人(Sahelanthropus tchadensis),擁有類似猿的臉,突出的眉毛以及非常小的大腦,但同時(shí)也擁有像人類一樣的小犬齒。脊髓位于顱骨下方,而不是背部,有人認(rèn)為這預(yù)示著這種生物是用兩條腿走路的,但目前還很難確定,因?yàn)橹挥兴念^骨和其他幾塊骨頭。

另一種來自同一時(shí)期的化石來自肯尼亞,名為圖根原人(Orrorin tugenensis),它的特點(diǎn)是擁有小牙齒和腿骨,這表明其屬于原始兩足動(dòng)物。

圖2:拉密達(dá)地猿有大腳趾,暗示它可能是敏捷的攀巖者?

稍晚些時(shí)候,大約在440萬年前,科學(xué)家在埃塞俄比亞發(fā)現(xiàn)了令人震驚的完整女性骨架——拉密達(dá)地猿。這種猿人身材矮胖,身高約有1米,擁有類似猿人的手臂和大腳趾,暗示它可能是敏捷的攀巖者??茖W(xué)家們就拉密達(dá)地猿直立行走的程度上存在分歧:有人認(rèn)為它經(jīng)常用兩條腿走路,其他人則認(rèn)為,只有需要用手臂來攜帶東西的時(shí)候,它才會(huì)這樣做。

這具骨骼的骨盆骨被壓碎,骨骼中也不包括膝蓋,它們都可能有助于更明確地解決這個(gè)問題。對于拉密達(dá)地猿來說,它是人類直系祖先的最有力證據(jù)來自于牙齒,她的牙齒小而尖利,更像現(xiàn)代人類的牙齒,而且缺少像黑猩猩、大猩猩和早已滅絕的猿類那樣的大尖牙。

隨后是“露西”問世,這是有著318萬年歷史的化石骨骼,以甲殼蟲樂隊(duì)的歌曲《露西》(Lucy in the Sky with Diamonds)命名。露西被認(rèn)為是古生物學(xué)中最重要的發(fā)現(xiàn)之一,因?yàn)樗鼡碛歇?dú)特的原始特征——與黑猩猩差不多的大腦、有力的下顎以及長而下垂的手臂。同時(shí),它還擁有令人難以置信的人類特征。特別是它的腿、膝蓋和骨盆與人類的解剖結(jié)構(gòu)驚人地相似,這表明我們的祖先在此時(shí)已經(jīng)獲得了能夠行走和奔跑的人類特有能力。

圖3:南方古猿(Australopithecines)出現(xiàn)在大約400萬年前,它的大腦和黑猩猩大小差不多

露西也幫助人們接受了“非洲作為人類搖籃”的理念,這反映在它所代表物種的學(xué)名上——南方古猿阿法(Australopithecus afarensis)??茖W(xué)家們現(xiàn)在認(rèn)為,南方古猿屬逐漸進(jìn)化,并分布在非洲南部和東部地區(qū),而其中一個(gè)物種成功進(jìn)化到下個(gè)階段。

為什么我們的祖先開始直立行走?

傳統(tǒng)的“草原理論”認(rèn)為,氣候變化導(dǎo)致茂密的森林被大片的草原取代,這為人們徒步長途旅行創(chuàng)造了新的動(dòng)力。然而,向兩足動(dòng)物的轉(zhuǎn)變似乎至少在600萬年前就開始了,這個(gè)時(shí)間遠(yuǎn)在非洲氣候干涸到足以創(chuàng)造出大草原之前。更復(fù)雜的是,最近對露西化石的分析表明在它去世前不久,身上出現(xiàn)多處骨折,導(dǎo)致許多人猜測它可能曾從樹上掉下來。

最近的一個(gè)想法是,兩足動(dòng)物首先出現(xiàn)在森林中,這與化石記錄一致。在蘇門答臘島上,人們觀察到紅毛猩猩在森林樹冠上行走,它們用兩條腿在樹枝上行走,并使用雙臂幫助支撐它們的重量或懸掛,這樣它們就可以通過更細(xì)的樹枝移動(dòng)。無論什么原因促使我們從四條腿過渡到兩條腿,這似乎已經(jīng)發(fā)生了數(shù)百萬年,人類祖先很可能在地面和樹木之間進(jìn)行了長時(shí)間的更替旅行。

當(dāng)我們掌握了走路的竅門,接下來會(huì)發(fā)生什么呢?

我們的祖先何時(shí)被歸屬為人類的具體時(shí)間依然十分模糊,許多都是主觀猜測,但是科學(xué)家把大約240萬年前出現(xiàn)的物種放在人類誕生的起點(diǎn)之上,即人屬(Homo genus)。我們是這個(gè)群體的唯一幸存者,但地球上曾經(jīng)有許多古人類生活,其中有些甚至與我們的祖先存在交點(diǎn)。

其中最早的是能人(Homo habilis),他們生活在240萬年到140萬年前的非洲。這個(gè)名字的意思是“雜工”,因?yàn)檫@個(gè)物種最初被認(rèn)為是最早的石質(zhì)工具制造者。從那時(shí)起,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了許多鋒利的石頭、錘子和鐵砧等。“能人”身高約有1米到1.4米,有突出的臉和巨大的牙齒-,為此獲得了“胡桃鉗”的綽號。他的腦殼比南方古猿大50%,但仍然只有現(xiàn)代人的一半大。

直立人(Homo erectus)生活在170萬年到180萬年前,在解剖學(xué)上更接近現(xiàn)代人類。直立人身高更高(1.5到2米),擁有比能人更大的大腦,但下巴和牙齒更小,這意味著飲食發(fā)生了改變。哈佛大學(xué)人類學(xué)家理查德·朗漢姆(Richard Wrangham)認(rèn)為,顎部解剖的驚人變化表明直立人掌握了火,并開始烹飪,從而提高了覓食和消化的效率,可以釋放更多能量支持更大的大腦。直立人有時(shí)被稱為第一個(gè)世界主義者,因?yàn)樗牡乩矸植挤秶軓V,在非洲、西班牙、意大利、中國和印度尼西亞都有發(fā)現(xiàn)。

最早的智人(Homo sapiens,即我們)的證據(jù)來自于在摩洛哥山洞中出土的化石,大約距今30萬年。至少有五具人類骨骼被發(fā)現(xiàn),旁邊還有工具、瞪羚骨頭以及木炭堆。德國萊比錫普朗克演化人類學(xué)研究所的科學(xué)家讓-亞克斯·胡比林(Jean-Jacques Hublin)去年在接受采訪時(shí)表示:“我們在倫敦地鐵上遇見的那個(gè)人,可能就擁有智人的臉。”

人類何時(shí)離開非洲,在世界各地繁衍?

直到最近,來自化石、遺傳學(xué)和考古學(xué)的一系列證據(jù)表明,大約6萬年前,現(xiàn)代人類首次從非洲擴(kuò)散到歐亞大陸。然而,最近的一系列發(fā)現(xiàn)(包括在中國洞穴中發(fā)現(xiàn)的10萬年前的人類牙齒,以及在以色列北部發(fā)現(xiàn)的近20萬年前的顎骨)表明,智人在世界各地冒險(xiǎn)的時(shí)間遠(yuǎn)早于此前所想。

然而,這些早期的“走出非洲”冒險(xiǎn)似乎對現(xiàn)代人的遺傳學(xué)貢獻(xiàn)甚少,也許這些群體已經(jīng)滅絕了,或者是在隨后的遷徙浪潮中被滅絕。通過對現(xiàn)代人共同祖先進(jìn)行三角測量,科學(xué)家可以發(fā)現(xiàn),非洲人與非非洲人的祖先在6萬年前就已經(jīng)開始有所交匯。隨著這些祖先跨洲旅行,他們會(huì)遇到其他五花八門的人類物種,包括歐亞大陸上的尼安德特人(Neanderthals)、西伯利亞的丹尼索瓦人(Denisovans)以及印尼弗洛勒斯島上的矮人物種“霍比特人”,可能還有我們不知道的其他物種。

圖4:人類進(jìn)化并不是一個(gè)整齊的或線性過程

我們滅絕了尼安德特人嗎?

尼安德特人傾向于被認(rèn)為是史前世界里的暴徒,他們很少有機(jī)會(huì)對抗我們祖先的智慧和狩獵能力。不過,令人感到驚奇的是,尼安德特人擁有比我們更大的大腦,他們制造珠寶,在古代的儀式中埋葬死者的尸體,并使用顏料——這可能是為了制作部落標(biāo)記。

然而,在大約4萬年前,尼安德特人的數(shù)量開始急劇下降。當(dāng)時(shí),恰好是非洲智人在歐亞大陸定居的時(shí)候。也許他們曾激烈爭奪資源,并在沖突中被殺光。也有可能是他們不太適應(yīng)氣候變化,無法像我們的祖先那樣繼續(xù)向北部和東部遷徙而滅絕。

雖然尼安德特人滅絕了,但從某種意義上說,他們現(xiàn)在還活著?,F(xiàn)代人類和尼安德特人之間的雜交意味著,今天活著的所有非非洲人都攜帶著大約1-5%的尼安德特人DNA。每個(gè)人都獲得了尼安德特人基因組的不同部分,所以總體來說,尼安德特人的基因組中有相當(dāng)一部分(至少20%)是通過存活種群傳播的。

我們曾與其他物種雜交?

的確如此,遺傳學(xué)表明,非洲以外的所有人祖先都曾與尼安德特人混血,而且可能不止一次。此外,人類祖先可能還與另一個(gè)古老人種——丹尼索瓦人雜交。我們不太了解這些古老近親們,因?yàn)樗麄兊幕呀?jīng)支離破碎。但在西伯利亞洞穴里發(fā)現(xiàn)的手指骨,科學(xué)家們能夠提取出高質(zhì)量的DNA,顯示這是一名生活在大約41000年前的丹尼索瓦女孩的DNA。

有趣的是,丹尼索瓦人的DNA只出現(xiàn)在現(xiàn)代土著澳大利亞人和巴布亞新幾內(nèi)亞人身上,這表明他們的祖先在穿越地球的途中一定遇到過丹尼索瓦人,可能是在東南亞的某個(gè)地方我們只能推測這些雜交事件的大概,以及它們是不同部落的和平合并還是暴力沖突。

圖5:地球上曾經(jīng)有過數(shù)量驚人的人類物種,其中有些甚至與我們的祖先存在交點(diǎn)

我們能用克隆技術(shù)把滅絕的人類近親復(fù)活嗎?

從理論上講,可以將尼安德特人或丹尼索瓦人的基因突變剪切和粘貼成現(xiàn)代人類基因組,然后將其轉(zhuǎn)化為卵子,并通過代孕母親培育出古人類嬰兒。在著作《再生:合成生物學(xué)如何重塑自然和我們自己》(Regenesis: How Synthetic Biology Will Reinvent Nature and?Ourselves)中,哈佛大學(xué)遺傳學(xué)家喬治·丘奇(George Church)推測,利用基因工程來復(fù)活滅絕生物的可能性。

丘奇寫道:“如果社會(huì)對克隆人類和人類多樣性的價(jià)值感到滿意,那么整個(gè)尼安德特人的生物本身就可以由代孕媽媽黑猩猩或極具冒險(xiǎn)精神的女性來克隆?!痹谶@個(gè)實(shí)驗(yàn)中,有些實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們正在研究尼安德特人的細(xì)胞,甚至是器官——微型大腦和肝臟,以便更好地理解尼安德特人與我們的不同之處。

我們何時(shí)學(xué)會(huì)說話?

這個(gè)問題很棘手,因?yàn)檎Z言在化石記錄上沒有直接的痕跡,甚至今天的神經(jīng)科學(xué)家還沒有完全弄清楚人類大腦是如何產(chǎn)生語言的。有些人認(rèn)為,基于集體狩獵和其他復(fù)雜行為的早期證據(jù),原始版本的語言先于智人而誕生。例如,在已經(jīng)滅絕的犀牛、熊和田鼠的殘骸旁,都曾發(fā)現(xiàn)50萬年前的人類化石(另一種已滅絕的近親),這些都是被屠殺的動(dòng)物。

所謂的語言基因FOXP2被認(rèn)為是說話的關(guān)鍵,它也掌握著線索。這種基因的智人突變版本在黑猩猩或其他動(dòng)物身上看不到。我們現(xiàn)在知道,尼安德特人有相同的基因突變。然而,現(xiàn)代人類在FOXP2的側(cè)翼DNA中有兩倍的突變,這決定了基因何時(shí)開啟和關(guān)閉,暗示我們可能進(jìn)化出了與我們的親屬不同的語言能力。

接下來如何?

人類的進(jìn)化還沒有結(jié)束,但我們無法預(yù)測人類將如何進(jìn)化。人們很容易想當(dāng)然地認(rèn)為,我們正處在不斷上升的智力軌道上,但并不能保證這一點(diǎn)。事實(shí)上,在過去的2萬年里,人類大腦的體積縮小了5-10%。也許這可以和在家畜身上看到的模式相提并論,它們的大腦幾乎總是比野生同類小。自然歷史博物館的斯金格說:“也許我們已經(jīng)馴化了自己,我們的祖先所需要的那些部分不再那么重要了?!?/p>

我們也有可能在用個(gè)人腦力交換集體智慧。斯金格說:“我們的大腦非常昂貴,它們消耗了我們20%的能量。所以,如果進(jìn)化能讓大腦變得更小,它就會(huì)沿著這個(gè)方向走下去?!?/p>

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