问题

生物进化过程中,为什么只有人类选择了直立行走?

回答
这个问题很有意思,也触及到了生命演化中一个至关重要的转折点。为什么在亿万年的生命史中,只有我们人类最终迈向了直立行走,并由此开启了一系列改变命运的变革?这背后并非一个孤立的决定,而是一系列相互关联的因素,像精密的齿轮一样咬合,最终将我们的祖先推向了与众不同的道路。

我们得把时间调回到几百万年前,那时的地球气候正在发生剧烈的变化。曾经连绵不绝的热带雨林开始退缩,取而代之的是越来越广阔的草原和稀疏的林地。这就像一个巨大的舞台布景在悄然更换,而我们的远古祖先,那些生活在森林边缘的猿类,也面临着新的生存挑战。

首先,让我们看看直立行走带来了哪些直接的好处。

想象一下,你站在一片稀疏的草地上,四周是开阔的空间,你和一群同类都挤在几棵树下面。

视野的拓展: 站起来,你的视角瞬间开阔了!你不再被低矮的灌木丛遮挡,可以看到更远的地方。这有什么用?太大了!首先,你能更早地发现潜在的危险,比如远处的掠食者(狮子、猎豹之类的家伙可不是吃素的),然后就有更多的时间逃跑或者躲藏。其次,你也能更容易地找到食物,比如远处正在成熟的果子,或者其他群体的踪迹。这种“看得更远”的能力,在危机四伏的草原上,无疑是生存的巨大优势。

解放双手,新的可能性: 这是最关键的一点!一旦双脚变成了纯粹的行走工具,我们的双手就彻底解放了。而解放的双手意味着什么?意味着你可以携带东西了!想一想,你的前爪(也就是双手)可以用来搬运食物,可以用来携带工具,可以用来安抚小宝宝,甚至可以在打斗时作为武器。这意味着你可以更有效地收集和分配资源,可以带着食物回到安全的地方喂养家人,而不是在原地狼吞虎咽。而且,双手解放后,也为后来制造和使用工具打下了基础,这是人类区别于其他动物的决定性一步。

热量调节: 在非洲炙热的阳光下,直立行走还有一个意想不到的好处。当身体直立时,暴露在太阳直射下的身体表面积相对减少,尤其是头部的受晒面积。同时,身体从地面升起来,也能更好地接触到流动的空气,帮助散热。这使得我们的祖先在白天活动时,能够更有效地调节体温,避免中暑,从而有更多的时间和精力去觅食和活动。

但是,为什么其他猿类就没有走这条路呢?

这就要说到演化的“路径依赖”和“选择压力”了。

栖息地的适应性: 其他猿类,比如大猩猩、黑猩猩,它们更多地选择生活在茂密的森林里。在森林这种垂直空间更重要的环境中,四肢攀爬、在树枝间穿梭是更高效、更安全的移动方式。它们的身体构造,比如长而有力的手臂,相对较短的腿,以及更适合抓握的脚,都是为了适应这样的生活方式而演化出来的。在森林里,直立行走反而会显得笨拙且不安全。

演化上的“机会成本”: 演化不是一个有意识的选择过程,而是对环境压力的被动适应。当一种新的性状(比如直立行走)出现并带来生存优势时,拥有这种性状的个体就更有可能存活下来并繁衍后代,将这种性状传递下去。这是一个渐进的过程。对于我们的祖先来说,由于它们所处的环境发生了变化(森林退缩),直立行走带来的优势开始显现,而它们也具备了一些演化上的“潜力”,比如相对较小的体型和更灵活的四肢,这使得它们能够尝试和发展直立行走。而其他猿类,在它们原本的栖息地中,四肢行走或攀爬的方式已经足够适应,没有迫切的“选择压力”驱使它们去发展完全不同的移动方式。

身体结构的配合: 直立行走对身体结构提出了很高的要求。我们的骨盆、脊柱、腿部和脚部都经过了漫长的演化,才变得适合长期的直立。比如,我们的骨盆变得更短更宽,能够支撑内脏器官;脊柱从C形变成S形,能够缓冲身体重量;腿部变长,脚部拱起,跟腱有力,这些都是为了支撑、平衡和推进身体前进。这些改变并非一蹴而就,而是几百万年无数次细微调整的结果。可以想象,在演化的早期,那些尝试直立行走的猿类,可能并不是完美的直立行走者,它们可能步态摇晃,容易疲惫,但是一旦它们比那些不直立的同类在特定环境下多活一天,多吃一口饭,多躲避一次危险,那么它们就能将这一点点优势传递下去。

更深层次的影响:

直立行走不仅仅是改变了我们的行走方式,它还像一块投入湖面的石头,激起了层层涟漪,对人类的整个演化轨迹产生了深远的影响:

工具制造与使用: 如前所述,解放的双手是制造和使用工具的前提。从简单的石器到后来的金属工具,工具的出现极大地扩展了人类改造自然的能力,让我们能够更有效地获取食物,建造庇护所,防御敌人。

大脑的演化: 有证据表明,直立行走可能与大脑的演化存在某种关联。解放的双手可以进行更精细的操作,这可能反过来刺激了大脑皮层的发展,尤其是与运动和感觉相关的区域。同时,获取更丰富多样的食物(比如肉类),以及更复杂的社会行为,也为大脑的持续增大和复杂化提供了物质基础和驱动力。

社会性的发展: 直立行走使得携带和分享食物成为可能,这促进了家庭的稳定和群体内部的合作。群体成员之间的互动更加频繁,也催生了更复杂的沟通方式,包括语言的萌芽。

生育与抚养: 直立行走的祖先,她们的骨盆结构发生了改变,这在一定程度上也影响了胎儿的头部大小和分娩的难度。同时,更长的童年期和对后代的精心抚养,也成为人类社会性的重要组成部分。

总而言之,人类选择直立行走,并不是一个突如其来的“决定”,而是环境变化、生存压力、身体结构以及一系列偶然和必然的演化因素共同作用下的结果。这是一个漫长而复杂的过程,每一步都充满了挑战和机遇。正是因为我们的祖先在那个关键的十字路口,被推向了直立行走这条道路,并成功地克服了其中的种种困难,才最终开启了独属于人类的演化篇章,塑造了今天的我们。所以,当你下次站直身体的时候,不妨感受一下,你身上承载的,是数百万年演化的智慧与不懈的追求。

网友意见

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首先双足行走不等于直立行走,这个回答已经说的很好了。

在所有脊椎动物中,只有人类是以直立行走的,即人类的脊柱垂直于地面,同时人类以双足行走。

一、人类为何直立行走还要从猿类说起

我们都知道,现生的猿类(长臂猿、猩猩、大猩猩、黑猩猩、人类)与其他灵长类最大一个区别在于没有尾巴。

猿类没有尾巴,有可能与它们的运动方式有关。

对于猴子来说,它们在树上的运动方式主要以四肢并用为主,它们仍然是主要依靠四条腿运动的动物。

尾巴对于主要靠四足运动的猴子来说十分重要,猴子们靠四足在树枝上奔跑以及树枝间跳跃时需要依靠尾巴来保持平衡。

而现生猿类的运动方式主要包括两方面,臂行(quadrupedalism)与垂直攀爬(vertical climbing),臂行就是指在树枝间悬挂摆臂穿行。

垂直攀爬(Vertical Climbing)是指在树干上垂直向上爬树,猿类垂直攀爬的方式与猴子是不一样的。[1]

可以发现,猿类的这两种运动方式,其身体都是垂直于地面的。而猴子一般都是附身四肢着地()或者放在树枝上。

换句话说,猿类相比于猴类,它们更适合身体主干垂直于地表的运动方式,而猴子仍然是附身运动,运动时身体主干通常与地面平行的四足动物。

不过黑猩猩和大猩猩这两种猿类主要还是以四肢运动,但是它们使用四肢运动的指行方式和猴类是无法对比的。

所以说,人类直立行走中,身体直立的出现,可能早于双足行走。也就是先直立,再双足。

猿类为何要采用这种直立姿态进行运动呢?首先完整的干群猿类Ekembo化石研究表明,在猿类在适应垂直攀爬以及臂行之前就已经失去尾巴了,没有尾巴的Ekembo在树上的运动方式与猴类一样,使用四肢行走,但是没有尾巴的它们应该不太好掌握平衡。尾巴消失之后,猿类可能不得不演化出新的不同于猴类的身体偏向垂直的运动方式,因为这种运动方式对于尾巴的依赖更小。

至于为什么猿类失去了尾巴,这就没人知道了,但这肯定是与环境变化和自然选择有关的,可能某种特定的环境让一些没有尾巴的猴类更有优势,从而演化成了猿类。要记住猿类特别的身体直立的运动方式出现于失去尾巴之后。

二、早期猿类的运动方式

2021年5月19日,一篇发表在Science上的文章对现生猿类的运动方式进行了归纳,并对人类和黑猩猩最近共同祖先的运动方式进行了推断[2]

可以发现,人类和黑猩猩最近共同祖先的运动方式,很可能不同于今天任何一种猿类,根据研究推测它主要用四肢行走,具有垂直攀爬的能力,可能拥有少许的双足行走和站立能力,臂行可能不太行。

这说明,双足站立或者行走的能力可能在人类起源之前,在我们与黑猩猩的最近共同祖先甚至更早的时候,就已经出现了。

同时根据上图,今天的猩猩的也有较强的双足站立能力,可能也有少量的双足行走能力。

其实,今天生活在地球上的任何一种猿类,可能都无法代表那些已经灭绝的猿类的运动方式,今天猿类的运动方式是它们适应于特定环境演化的结果,而且猿类的运动方式演化可能并不像我们想象的那样困难,同一种运动方式在两类猿类中各自独立演化也是有可能的。比如黑猩猩和大猩猩的指行可能是各自独立演化的。

那么已灭绝的猿类是如何运动的呢?

三、已经灭绝的猿类的运动方式

想要知道已经灭绝的猿类的运动方式,肯定要从化石记录中去寻找线索。

这篇Science研究还对化石猿类在现生猿类系统发育树中的位置进行了讨论:

通过这张图我们可以知道,Nacholapithecus和森林古猿类,对于我们探讨具有帮助,一个是因为它们所处的演化位置比较关键,Nacholapithecus可能代表了现生猿类或者现生人科祖先的近亲,而森林古猿类可能代表了现生人科、猩猩科或者现生人亚科的祖先的近亲。另一点是因为它们的化石保存的比较完整,在对这些化石进行关于运动方式的解读时可能更加准确。

关于Nacholapithecus新发现的股骨化石的研究表明,Nacholapithecus的运动方式以四足行走和垂直攀爬为主,没有证据表明它们会臂行。四足运动加上一垂直攀爬为代表的反俯身向下运动可能代表了早期猿类的运动方式。[3]

森林古猿类包括很多古猿,其中对于运动方式研究得比较多的包括森林古猿、西班牙古猿、鲁道古猿和多瑙古猿,对于这些古猿化石的研究发现,这些古猿很可能同时拥有臂行和双足行走的能力,它们的腰部脊椎不像现生大猩猩和黑猩猩那样僵硬,而且更长一些,这种更灵活更长的腰椎适应在陆地双足行走的运动方式。

而多瑙古猿保存了更多上下肢的化石,根据这些化石,研究人员认为,多瑙古猿可能拥有一套独特的运动方式,不同于任何现生的猿类和猴类,这种运动方式叫做伸展四肢攀爬(extended limb clambering,缩写为ELC)。

伸展四肢攀爬是指多瑙猿在树上的运动方式,这种运动方式的特征就是不会过多地依靠前肢或者后肢在树上运动,当多瑙猿在树上进行运动时,前肢和后肢的所承担的运动量基本上是相同的,比如它们有时候会使用上肢臂行,而有时候会使用下肢在树枝上站立步行。当我们把这两种运动方式放在一起看时,我们就会发现多瑙猿双足站立手臂向上伸展的姿态,四肢都伸展了起来,这就叫做“extended limb”.其在树上双足行走的运动方式完全可以适用于地面。

所以森林古猿可能是一类既可以臂行,又可以双足行走的猿类。

总结一下,早在人类尚未起源之时,人类的直立姿态和双足行走能力很可能便已经在人类的猿类祖先中出现,人类后来失去了臂行和垂直攀爬的能力,加强了双足行走的能力,而黑猩猩则是加强了四肢指行的能力。所以人类和黑猩猩的最近共同祖先,可能既不像黑猩猩,也不像人。

四、人类的祖先为何选择直立行走?

既然人类的猿类祖先已经拥有了直立姿态和双足行走的基础,那么为什么人类朝着这一个方向加强了呢?

关于人类的祖先为何选择双足行走,而不是像黑猩猩那样选择臂行,理论解释实在是太多了,《祖先的故事》-第0汇合点-猿人这一章对于人类行走的演化动力做了比较详细和全面的介绍。

直到今天人类为何选择直立行走仍然是研究的热点。

但这里要打破一个比较传统的观点,即人类的直立行走与人类从森林环境来到草原环境有关,这与当时非洲的气候变化有关。

近几年近针对早期人类比如地猿、原初人的研究表明,在南方古猿之前的早期人类实际上是生活在森林中的,这些人类拥有很好的攀爬能力甚至臂行能力,同时它们也拥有比较明显的双足直立行走能力,虽然不是特别完善,这表明人类的祖先选择直立行走很可能是发生在森林环境中,与森林消失变成草原无关。

4.4-Million-Year-Old Ardipithecus Hand Reveals ‘Big Evolutionary Jump’ | Anthropology, Archaeology, Paleoanthropology | Sci-News.com

那人类是如何放弃爬树的本领,变成完全在地面直立行走的人类的呢?

2021年2月24日发表在Science Advances上的文章对这个问题进行了回答,虽然文章很新,但是回答却很“旧”。[4]

研究认为,这与解放双手使用工具与直立行走有关,直立行走促进了人类双手变得更灵巧,人类不再把手作为爬树的工具,而是作为使用其他工具的工具。

也许只有那些善于直立行走的人类才能解放双手,解放了双手才能更好地使用双手制造工具,才能更好地活下来。当然也有可能是环境变化逼迫人类不得不在地面生活,更适应使用双足行走,误打误撞地解放了双手。

根据上图,我们可以看出,从始祖地猿化石出现的距今440万年到最早人类使用工具的最早记录,包括最早的石器(350-330万年)和最早的骨骼上切割痕迹记录(老于339万年),这将近100万年的时间里,人类发生了十分关键的演化。

人类的脚趾的拇趾不在于其他趾分开,而是并在一起,370万年前的人类足迹化石(Laetoli )和320万年前的阿尔法南方古猿的足部骨骼化石(A.L. 333)都证明了这一点,人类在适应完全双足行走的过程中抛弃了拇趾与其他趾分开这一特征,这个特征对于树栖十分有用,但是对于双足行走显然不太适应。这也是人类从树栖开始转向专门地面生活的一个反映。

人类的双手开始变得更灵巧,320万年前的阿尔法南方古猿的手部骨骼化石(A.L. 333)形态证明其拥有类似人属的精准抓握能力和有限的工具制造能力,这与最早的石器和工具使用记录相对应。

所以说逼迫人类从树上走到地下的环境变化更有可能发生在440-340万年之间,人类来到地上后,越来越适应使用双足直立行走,从而解放了双手,双手变得更加灵巧,可以用于制造工具。

五、总结

所以为什么只有人类选择了直立行走?

直立姿态和双足行走在人类的猿类祖先就已经出现了,猿类选择这种运动方式可能与尾巴的缺失有关,也可能于其他因素有关。

人类确立直立行走的主要过程发生在森林中,这时人类是树栖的动物,拥有臂行和爬树的能力。至于700-440万年之间的人类是如何确立直立行走的?由于化石记录较少这点仍然不明。

在440-340这100万年间,人类完成了完全直立行走,并开始使用双手制造工具,也许环境的变化促使了人类的生活环境从森林变成草原,人类不得不开始直立行走。也有可能双手制造工具有利于人类的生存,从而在双手变得越来越灵活的同时,促使了人类开始完全直立行走。

六、其他生物为何没有选择直立行走?

至于其他生物为何没有选择直立行走……

每种生物都有自己的的演化道路,直立行走可以说是无意间形成的,每种生物在“选择”演化道路的同时,也就决定了其未来的道路,当然对于某种变化的选择不是生物自己做出的,是自然给它选择的。我们可以因为人类直立行走去寻找促成人类直立行走的原因,而那些没有直立行走的动物,你想知道为什么它们没有直立行走,只能说这个问题不成立,我们无法解释没有发生的事情。非要解释的话只能说直立行走需要做出的改变太多,脊柱要直立与地面,身体的很多骨骼包括内脏都要发生变化,这是一个很复杂的过程,你所看到的人类直立行走的最终成果,是几千万年中无数的变异和自然选择造就的,前一步决定后一步,如果哪次自然选择的动力发生了改变,可能就不会产生直立行走的人类了。

其实在现生猿类中,直立行走并不是人类的专利,其他的猿类也可以偶尔直立行走。这也体现了人类双足直立行走的潜力在猿类时代便已经出现了。除了人类以外已灭绝的和现生的猿类之所以没有继续向直立行走演化下去,可能就是缺少一个演化的“契机”吧。

参考

  1. ^Vertical Climbing Adaptations in the Anthropoid Ankle and Midfoot: Implications for Locomotion in Miocene Catarrhines and Plio-Pleistocene Hominins. https://www.researchgate.net/publication/30861335_Vertical_Climbing_Adaptations_in_the_Anthropoid_Ankle_and_Midfoot_Implications_for_Locomotion_in_Miocene_Catarrhines_and_Plio-Pleistocene_Hominins
  2. ^Fossil apes and human evolution https://science.sciencemag.org/content/372/6542/eabb4363
  3. ^New femoral remains of Nacholapithecus kerioi: Implications for intraspecific variation and Miocene hominoid evolution https://doi.org/10.1016/j.jhevol.2021.102982
  4. ^Ardipithecus hand provides evidence that humans and chimpanzees evolved from an ancestor with suspensory adaptations https://advances.sciencemag.org/content/7/9/eabf2474
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因为生物进化并没有一个统一的方向目标终点,不同的生物会在各自的生存环境中走出属于自己的进化路径,偶尔殊途同归,多是分道扬镳。所以不同的生物进化出不同的特征是再正常不过的事。

你大可以挑选其他生物的独特之处问出一系列类似”为什么只有OO进化出了XX“的问题,比如说:

  1. 生物进化过程中,为什么只有乌龟选择了龟壳?
  2. 生物进化过程中,为什么只有大象选择了长鼻子?
  3. 生物进化过程中,为什么只有一角鲸选择了长矛牙?
  4. 生物进化过程中,为什么只有螳螂虾选择了灵光波动拳?
  5. 生物进化过程中,为什么只有大熊猫选择了无敌萌态?
  6. 等等

硬要问为什么,答案很可能只是单纯的”机缘巧合“。

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