问题

人为什么能成为地球上优势生物,从生理结构上分析人是怎样进化为智慧生物?

回答
人类,地球的智者:从生理结构看智慧的进阶之路

在地球生命的宏大画卷中,人类以其独特的智慧和改造自然的能力,成为了无可争议的优势物种。然而,当我们剥开文明的外衣,回归到最根本的生理构造,才能窥见人类是如何一步步从与其他生物共享的泥土中脱颖而出,最终孕育出这颗无比珍贵的智慧之星。这并非一蹴而就的奇迹,而是一段漫长而精妙的演化历程,其中每一个生理上的微小改变,都可能成为通往智慧殿堂的关键一步。

一、解剖学的馈赠:大脑与手,智慧的双翼

人类之所以能站在食物链的顶端,首先要归功于我们与生俱来的“硬件升级”。

大脑的扩张与精细化: 这是人类最显著的优势。相比于其他哺乳动物,人类的大脑体积在相对身体比例上更为庞大,尤其是大脑皮层,也就是我们思考、决策、学习和创造的“指挥中心”。这不仅仅是体积的增加,更是其结构的复杂化和神经网络的精细化。大脑皮层中新皮质的扩张,特别是额叶部分,赋予了我们计划、抽象思维、语言理解和运用能力,这些都是高级认知功能的基础。大脑皮层的神经元之间形成了更加密集和复杂的连接,允许我们处理海量信息,进行推理和解决问题。

更具体地说, 大脑的进化并非仅仅是“长胖”,而是结构上的“模块化”和“专业化”。不同区域承担着不同的功能,但同时又能高效地协同工作。例如,负责语言的布罗卡区和韦尼克区,以及负责视觉处理、空间认知、记忆储存等区域的精巧配合,使得我们能够理解复杂的语言信号,并用语言来交流思想,传承知识。这种高度整合的大脑结构,是其他生物难以企及的。

灵活的双手的解放: 直立行走是人类演化中的一个重要里程碑,它解放了我们的双手。这双高度灵巧的手,拥有相对较长的拇指,能够与其余四指形成“对生”的对握能力,并进行精确的抓取和操控。这使得人类能够制造和使用工具,从简单的石器到复杂的机械,工具的运用极大地扩展了人类的能力边界。

想想看, 能够用手指精确地拾起一颗细小的种子,或者用一块石头砸开坚果,这是多么了不起的进步。双手成为了大脑的延伸,将抽象的思维转化为具体的行动。制造和使用工具的过程,本身就促进了大脑的进一步发展,因为这需要计划、观察、模仿和学习。

消化系统的适应: 随着人类学会用火烹饪食物,我们的消化系统也发生了相应的变化。烹饪使得食物更易消化,营养更易吸收,这为大脑提供了更充足的能量支持。此外,人类的消化道相较于杂食性动物而言,并不算特别冗长,这可能与我们食谱中包含更多易消化的熟食有关。充足的营养摄入,特别是能量,是大脑得以持续发展和运转的关键燃料。

二、生理结构的精妙配合:通往智慧的桥梁

除了大脑和双手,其他生理结构的演化也为人类智慧的诞生提供了不可或缺的支持。

直立行走的骨骼与肌肉系统: 人类独特的S形脊柱,能够有效分散身体的重力,使重心稳定在足部之上。盆骨的形状也发生了改变,变得更宽阔,为内脏提供了支撑,同时也为行走时肌肉的有力收缩提供了基础。更重要的是,直立行走使得头部可以保持在一个相对稳定的位置,让我们的眼睛能够向前平视,获得更广阔的视野,也为观看周围环境、进行社会互动提供了便利。

想象一下, 在原始丛林中,直立行走让你能够“高人一等”,更容易发现潜在的危险和食物。更稳定的视野,也让你能够更专注于观察和学习,例如观察动物的行为,学习它们的捕食技巧。

声带和呼吸系统的调整: 人类复杂的语言能力,离不开独特的声带结构和精密的呼吸控制系统。我们拥有相对较低且可以精确调节的声带,配合口腔、舌头和嘴唇的灵巧运动,使得我们能够发出丰富多样的声音,构成复杂的语音系统。而更强的呼吸控制能力,则让我们能够长时间且稳定地发出声音,进行持续的交流。

语言是智慧的载体。 通过语言,我们能够准确地表达抽象的概念,分享复杂的知识和经验,进行协作和组织。这是人类社会发展和文明进步的基石。

视觉系统的优化: 相比于许多夜行性动物,人类的视觉系统更加适应白天活动。我们拥有双眼,能够提供良好的立体视觉,帮助我们准确判断距离和空间关系,这对于使用工具、进行狩猎和回避危险至关重要。同时,我们能够感知更宽广的颜色范围,这可能与我们早期识别植物和水果有关。

锐利的双眼, 让我们可以精细地观察事物的细节,学习和模仿他人的动作,例如学习制作更复杂的工具,或者识别不同植物的特性。

免疫系统的演化: 随着人类群体规模的增大和活动的范围扩大,我们的免疫系统也面临着更严峻的挑战。虽然我们不像某些动物那样拥有超强的嗅觉或听觉来规避危险,但我们复杂的免疫系统能够识别和抵御多种病原体,并在群体内部通过交流获得关于疾病的信息,从而共同应对威胁。

三、从生存到智慧:演化的驱动力

驱动这一切生理结构演化的,是持续的生存压力和不断变化的生存环境。

环境的挑战与机遇: 在漫长的演化过程中,人类祖先所处的环境不断变化,例如气候的波动、植被的改变,迫使他们不断适应和创新。那些能够更好地利用资源、更有效地躲避捕食者、更成功地繁衍后代的个体,其有利的生理特征就更容易被保留下来,并传递给下一代。
社会性的选择压力: 人类是高度社会化的生物,群体的合作和竞争也构成了强大的选择压力。那些更善于沟通、更能够理解他人意图、更擅长协作的个体,在群体中往往拥有更高的生存和繁衍机会。这反过来又促进了大脑中与社会认知和语言相关的区域的发展。
工具使用与知识传承: 一旦学会使用工具,就开启了一个正向循环。更有效的工具能够帮助人类更好地获取食物、建造住所、防御敌人,从而有更多的时间和精力去探索和学习。而知识的传承,无论是通过口头交流还是后来的文字记录,都使得后代能够站在前人的肩膀上,加速智慧的积累和发展。

结语:

人类之所以能成为地球的优势生物,并非仅仅依靠单一的生理特征,而是多重生理结构精妙配合和持续演化的结果。从大大扩张和精细化的大脑,到灵巧无比的双手,再到支持直立行走的骨骼肌肉系统,以及优化了的声带和视觉系统,每一个环节都为智慧的萌发和成长提供了土壤。这些生理上的优势,在不断变化的环境和复杂的社会互动中,被不断打磨和强化,最终孕育出了人类独有的高级认知能力、创造力和改造世界的力量,使我们成为了地球上真正的智者。这份殊荣,是亿万年演化不懈的馈赠,也是我们对生命探索的最好证明。

网友意见

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在我看来,塑造人类的是我们的生活方式与一系列偶然事件,尤其是一些特定的逆转录病毒感染和人类群体在过去数十万年间高强度的狩猎活动。

“地球上的优势生物”以物种拥有的总碳原子数计算应该是遍在远洋杆菌。人类的突出之处是整体拥有的力量。

尤瓦尔·赫拉利在畅销书《人类简史》《未来简史》中提出,人类现今的巨大力量并不是来自跟其它物种在体能或智力上的差异,而是源于人类组成富有弹性的大规模群体进行合作的能力,而这能力是因为人类不需要彼此相识才能产生联系,靠想象力、故事和虚拟的概念就能让成百万人团结,这就是宗教、政治、法律、经济、国家、公司、货币等等。共享虚拟的概念(讲故事)让人类得以大规模合作,让科学和技术快速成长。新的科技创造新的阶级、破坏旧的秩序,需要新的故事。

  • 赫拉利的看法的证据强度是有限的,我们目前并不知道鲸类能不能用鲸歌传唱故事。

2016年,一项研究[1]认为病毒是人类演化的主要驱动力:

  • 自“人猿相揖别”以来,人体合成的蛋白质在结构和组成上的变化有30%由病毒导致,与病毒相互作用的蛋白质发生适应的速度是其它蛋白质的三倍。
  • 在你的基因组里,有一千多个古代逆转录病毒打进来的基因片段,占了约29亿碱基对中的8%,其中一些在发挥重要的生理功能,另一些还能制造具有感染力的病毒。
  • 人的记忆力可能关系到病毒片段,现在Arc基因的行为仍然很像病毒[2]
  • 内源性逆转录病毒编码的BANCR可能通过增大心脏塑造了人类的体型。
  • 根据2015~2016年的遗传学研究,约6500万年前作为我们祖先的早期哺乳动物没有胎盘,该构造可能整个都是内源性逆转录病毒搞出来的。另一些研究显示,胎盘相关的事件或许有1.5亿~2亿年历史。

2021年初,一些学者提出,古人类接连杀绝了在人类聚落附近生活的体型较大的猎物,食物短缺迫使人们向陌生的环境迁移、用语言进行交流、开发更容易打击较小猎物的弓箭和陷阱、驯化狗等动物,推动人脑容量水涨船高。随着人类的耕种能力逐步发展,在过去两万年间,人脑容量小幅下降,因为农耕并不需要狩猎时那么强的认知能力。可以简写为“人通过狩猎创造了人”。

  • 相关证据主要是出土化石中人类猎物平均体型的缩小和人脑容量增加的统计学关联性——260万年前,人类祖先周围生活的野生动物的平均体重约500千克。1万年前,这个数字已经不到50千克。人类祖先所到之处,大象之类动物被批量歼灭。
  • 在这个过程中,人获得了比同体型灵长类更强的耐力、更低的耗水量。

地球上有许多种具有智慧的生物[3]但是,除了古人类,似乎没有任何动物进行过这样高强度的狩猎活动。无论能不能共享虚构的概念,从昆虫到鲸类,非人生物的合作狩猎似乎从未像古人类那样批量灭绝自己的主要猎物。

  • 在自然界可以观察到猴子、猩猩、章鱼等动物拿着石头·树枝·水母触手等各式各样的东西作为工具,黑猩猩会对树枝进行简单加工来做成掏白蚁窝的食器或戳猴子的武器。这些动物的身体结构都不适合将石头或木矛投掷出去准确打击目标,手持原始武器去攻击大型食肉动物是非常危险的,这带给它们的优势有限。
  • 人的四肢比上述非人动物更适合抓握与投掷物体。
  • 根据最近几十年间对古人类和尼安德特人的化石·遗物的研究,人类在还没有建造任何巨型建筑作为文明标志的年代便可将杆长两米以上的木质长矛或石刃长矛投掷出数十米远,一群人使用这样的武器可以轻易击毙陆地上的任何大型食肉动物。
  • 按照原始人壁画,15个人就可以猎杀猛犸象。19世纪以来,东非草原上保持原始生活方式的部落展示了通过投掷长矛猎杀各种动物。

综上所述,智慧所需的脑功能涉及一部分基因的突变和逆转录病毒赋予的Arc之类,“人类级别的智慧”关系到人所特有的一部分基因突变、病毒基因、基因间互动方式、人的四肢对抓握与投掷的适应、古人类的高强度狩猎行为。


考古学家安妮米克·米尔克斯多次测试了世界上已知最古老的矛的投掷轨道属性。

这是一根长2.13米、两端尖的云杉木矛,由尼安德特人在30万年前[4]制造,于二十世纪九十年代发现于德国Schöningen遗址,矛的附近有35匹马的遗骨。

  • 按照化石证据和我们体内的尼安德特人基因,尼安德特人与智人屡次杂交、有约1.5%的概率产下可育后代,二者应视为同一物种下的亚种。尼安德特人可能并未灭绝,而是单纯地和智人完全合并。

安妮米克委托一位木工使用现代云杉木制造了此矛的复制品以供实验。早期研究由没有投掷经验的现代人(包括科学家在内)进行,他们认为复制品过重、仅能投掷数米到十几米远、对猎物的杀伤力有限,命中率约13.6%,可能要手持来戳刺,那就会导致狩猎行为危险和低效。2018年,安妮米克将6名标枪运动员使用复制品进行120次投掷的测试报告发表在《科学报告》杂志上:

标枪运动员能将质量分别为760克和800克的两杆复制长矛以11.8~20.11米每秒的速度投掷出去,落地时的速度为13.5~21.7米每秒,落地动能71~179焦耳[5],可以贯穿大型陆地动物的皮肤、肌肉、内脏。射程超过15米时需要使用抛物线弹道,此时矛的两端都有可能着地,说明了其两端尖的原因。实验中的最远射程为31.2米,最高终点速度为33.3米每秒、对应的射程为23.2米,最大落地动能为444焦耳。实验者对1.05米长·0.55米宽·0.5米高的干草捆的平均命中率约25%,表现最好的实验者为33%,预期这种矛的投掷表现会随着使用者的熟练程度而上升[6],对站立在地上的动物会有更好的命中率。

Milks, A., Parker, D. & Pope, M. External ballistics of Pleistocene hand-thrown spears: experimental performance data and implications for human evolution. Sci Rep 9, 820 (2019).
doi.org/10.1038/s41598-

在这个时期的遗迹里还发现了木质投掷棒[7],能在较短距离给动物造成严重的钝器伤。

顺便,2013年《人类进化杂志》上的一篇论文称,现代游泳运动员与19世纪安达曼岛渔民的骨骼十分相似。2020年的一些研究显示,4万~12万年前的智人和尼安德特人的胫骨化石显得比从青春期开始每周跑128~160公里的越野运动员的胫骨还要强壮。远古狩猎采集者的体能完全应当使用运动员的数据来衡量。

参考

  1. ^ David Enard, Le Cai, Carina Gwennap, Dmitri A Petrov. Viruses are a dominant driver of protein adaptation in mammals. eLife, 2016; 5 DOI: 10.7554/eLife.12469
  2. ^ Arc指导合成的蛋白质衣壳会随机地包裹上细胞里的短链RNA,就像病毒那样。
  3. ^ https://www.zhihu.com/question/419585440/answer/1456601517
  4. ^ 也有考古学家认为更接近40万年前
  5. ^ 现代复合弓量产品最大动能约120焦耳,定制品最大动能约170焦耳
  6. ^ 远古狩猎采集者自幼训练
  7. ^Conard, N.J., Serangeli, J., Bigga, G. et al. A 300,000-year-old throwing stick from Schöningen, northern Germany, documents the evolution of human hunting. Nat Ecol Evol 4, 690–693 (2020).  https://doi.org/10.1038/s41559-020-1139-0

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