人類的祖先為什么放棄四肢著地,，而選擇直立行走？研究人員最新給出的答案是節(jié)省能量,。這樣的解釋似乎過(guò)于簡(jiǎn)單,，不過(guò)你可不要小看省下來(lái)的那點(diǎn)力氣，科學(xué)家們說(shuō),，在當(dāng)時(shí)的自然環(huán)境下,，那很可能就意味著誰(shuí)能夠生存，誰(shuí)將被淘汰,。
不僅如此,，為了“站起來(lái)”，我們的祖先可以說(shuō)是“不惜代價(jià)”,，以至今天我們還不得不為此埋單——飽嘗足痛膝傷之苦,，忍受背痛的折磨,，還要應(yīng)付孕婦分娩時(shí)的險(xiǎn)象還生。
雙腿行走更省力
有關(guān)人類為何直立的理論可謂是五花八門,，至今仍無(wú)定論,。有人說(shuō)是我們的祖先為了騰出手來(lái)抱孩子、拿吃的,，有人說(shuō)是為了去摘以前夠不著的果子,，甚至還有人說(shuō)這只是為了可以更好地在微風(fēng)中散熱。
現(xiàn)在,，幾位美國(guó)科學(xué)家又給出了一種新的解釋,。他們?cè)诔霭娴拿绹?guó)《國(guó)家科學(xué)院學(xué)報(bào)》上撰文說(shuō)，人類之所以最終進(jìn)化成為兩條腿走路的動(dòng)物,，主要是因?yàn)檫@種行走方式最為節(jié)省能量,。
這三位美國(guó)科學(xué)家分別是加州大學(xué)戴維斯分校的邁克爾·索科爾、亞利桑那大學(xué)的戴維·賴希倫和華盛頓大學(xué)的赫爾曼·龐澤爾,。他們通過(guò)比較黑猩猩與人類行走時(shí)所消耗的能量得出了上述結(jié)論,。
在現(xiàn)有的物種中，從進(jìn)化關(guān)系看,，黑猩猩是與人類最近的親戚,。同時(shí)，在身體大小,、骨骼特征方面都與人類最為相仿,。因此，在對(duì)比直立行走與四肢行走的能量消耗實(shí)驗(yàn)中,，索科爾說(shuō),，黑猩猩是絕佳的實(shí)驗(yàn)樣本。更重要的是,，經(jīng)過(guò)訓(xùn)練,，黑猩猩也能短暫地像人類那樣直立行走。
實(shí)驗(yàn)中,，訓(xùn)練師在黑猩猩的關(guān)節(jié)上涂抹上白色的小斑點(diǎn),，給它們頭戴小面罩，再讓它們?cè)谂懿綑C(jī)上時(shí)而兩腿著地緩步慢行,、時(shí)而四肢著地指關(guān)節(jié)拄地行走,。面罩連接著收集氧氣量的儀器，科學(xué)家們藉此可以了解黑猩猩在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的能量消耗,。攝像機(jī)則記錄下了它們肢體(即白色斑點(diǎn)所示處)運(yùn)動(dòng)的詳細(xì)情況,，這些數(shù)據(jù)可以幫助科學(xué)家們進(jìn)一步了解能量是怎么被用掉的。
通過(guò)對(duì)5只黑猩猩和4個(gè)成年人在跑步機(jī)上運(yùn)動(dòng)時(shí)耗氧量的比較,，研究人員發(fā)現(xiàn),，人類直立行走所需的能量只是黑猩猩四肢行走耗能的四分之一,，節(jié)省了差不多75%的能量?？茖W(xué)家們說(shuō),，這些定量的數(shù)據(jù)說(shuō)明直立行走比四肢行走更節(jié)省能量。
有趣的是,，科學(xué)家們不但發(fā)現(xiàn)直立行走比四肢指關(guān)節(jié)拄地行走更有優(yōu)勢(shì),，還發(fā)現(xiàn)同一群體不同個(gè)體之間也存在著很大的差異。在這次實(shí)驗(yàn)中,，總體而言,，黑猩猩兩腿直立行走和四肢著地行走時(shí)所耗費(fèi)的能量幾乎沒(méi)有差別，但是,，長(zhǎng)期進(jìn)行直立行走訓(xùn)練的黑猩猩,，會(huì)比短期訓(xùn)練的黑猩猩更節(jié)省能量。
賴希倫說(shuō),，一只黑猩猩用兩腿行走時(shí)消耗較少的能量,，另一只消耗與四肢行走時(shí)相同的能量，其他三只黑猩猩兩腿行走要消耗更多的能量,。對(duì)于那只兩腿行走更省力的黑猩猩,，它的步幅比較大，賴希倫解釋說(shuō)：“(它)行走時(shí),，膝蓋和臀部看上去似乎更加舒展,。”
帶來(lái)骨骼巨變
事實(shí)上，數(shù)十年來(lái),，有不少科學(xué)家一直在推測(cè),，人類祖先開(kāi)始直立行走是因?yàn)閮蓷l腿比四肢著地更省力,，在采摘果實(shí)等方面有更大優(yōu)勢(shì),。但是這一理論的支撐數(shù)據(jù)一直不足。
“幾十年來(lái),，研究人員一直就能量學(xué)在人類進(jìn)化為兩足動(dòng)物的問(wèn)題上爭(zhēng)論不休,，因?yàn)槟菚r(shí)幾乎沒(méi)有具有說(shuō)服力的研究數(shù)據(jù)。”賴希倫說(shuō),，“這篇論文給節(jié)省能量在兩腿直立行走的進(jìn)化中起了重要作用的理論提供了強(qiáng)有力的支持,。”
此前，科學(xué)家們一般認(rèn)為,，人類的祖先大約是600萬(wàn)至800萬(wàn)年前,，在非洲開(kāi)始嘗試采取直立姿勢(shì)行走的(編者注：現(xiàn)在這一理論正受到挑戰(zhàn)，但與本文主題并不矛盾),。索科爾說(shuō),，那時(shí),，東非地區(qū)的降水越來(lái)越少，原本茂盛得密不透風(fēng)的森林變得越來(lái)越稀疏空曠,，食物來(lái)源也變得越來(lái)越分散,。我們的祖先不得不走更遠(yuǎn)的路來(lái)獲取足夠的食物。“假如用兩條腿走遠(yuǎn)路能省點(diǎn)力氣,，那么,，誰(shuí)長(zhǎng)途跋涉更不費(fèi)勁，誰(shuí)就占便宜,。”
“如果四處采集食物時(shí)能節(jié)省些能量,，那份能量就可以用來(lái)發(fā)育和繁殖。”賴希倫說(shuō)：“人類的祖先一旦發(fā)現(xiàn)了直立行走的好處,，他們便會(huì)慢慢適應(yīng)這種新的行走方式,，這就是自然選擇的作用。”
“從能量的角度解釋直立行走的出現(xiàn),，是一個(gè)新的視角,。”中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所古人類研究室主任劉武研究員告訴本刊記者，“從已發(fā)表的論文看,，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)新穎,，結(jié)論可信。”
盡管這項(xiàng)研究找到了直立行走的優(yōu)勢(shì),，但在解釋為什么是我們的祖先首先由四肢著地行走進(jìn)化到雙足直立行走的問(wèn)題上還不夠有說(shuō)服力,。“在現(xiàn)有250多個(gè)靈長(zhǎng)類物種中，只有一個(gè)物種是用兩條腿走來(lái)走去的——那就是我們?nèi)祟悺?rdquo;美國(guó)南加州大學(xué)的人類學(xué)家克雷格·斯坦福說(shuō),。
科學(xué)家們承認(rèn),，要充分了解直立行走的來(lái)由，我們還差得很遠(yuǎn),。但對(duì)于“這種獨(dú)特而奇異的移動(dòng)方式”對(duì)人類的改變,，都認(rèn)同這是個(gè)巨變。劉武說(shuō),，與制造工具相比,，直立行走更應(yīng)該看作區(qū)分人猿的標(biāo)志，因?yàn)樗粌H解放了雙手,、開(kāi)闊了視野,，而且為其他方面的演化奠定了基礎(chǔ)，比如人類腦量的膨脹,。
直立行走和四肢移動(dòng)在生物力學(xué)上有著天壤之別,。這讓我們的祖先從頸部向下直到腳上的骨骼不得不為之一變。顱骨和脊椎重新排列，使頭部和軀干保持在一條垂直線上,；為了支撐身體的重量并緩沖直立行走時(shí)的沖擊,，四肢的關(guān)節(jié)和脊椎開(kāi)始變大；骨盆也從又長(zhǎng)又細(xì)的漿狀變成又寬又細(xì)的鞍形,，將軀干的重量自上而下推給雙腿,。
我們的祖先經(jīng)過(guò)許多世代更迭、漫長(zhǎng)歲月洗禮而形成的這些改變,，看來(lái)的確沒(méi)有白費(fèi)功夫,，事實(shí)證明相當(dāng)實(shí)用。哈佛大學(xué)人類學(xué)系的丹·利伯曼通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),，直立行走可以說(shuō)是有關(guān)平衡,、協(xié)調(diào)、效率的壯舉,。
他發(fā)現(xiàn),，在行走過(guò)程中，雙腿的作用就像顛倒的擺鐘——以一條支撐腿為支點(diǎn),，身體在其上做弧線擺動(dòng),。這使得身體每邁出一步所消耗的大部分能量得以儲(chǔ)存，減少了一半以上的能量消耗,。
“跟黑猩猩比較一下就知道了,，”利伯曼說(shuō)，“它們直立行走,，可要費(fèi)九牛二虎之力,。因?yàn)楹谛尚蓻](méi)法像人類那樣兩腿繃得筆直，得動(dòng)用肌肉的力量來(lái)支撐體重,，晃來(lái)晃去地浪費(fèi)了不少能量,。”
但直立行走造成的骨骼變化，并不都是有利的,。“演化顯然不是個(gè)工程師,，而更像個(gè)補(bǔ)鍋匠，它只能在原有的基礎(chǔ)上修修補(bǔ)補(bǔ),。”美國(guó)特拉華大學(xué)的人類學(xué)主任卡倫·羅森堡說(shuō),，直立行走雖然解放了雙手,，但為此達(dá)成的演化妥協(xié),，也帶來(lái)了一大堆人類特有的煩惱。
進(jìn)化妥協(xié)的代價(jià)
背痛是人類最常見(jiàn)的身體不適之一,，大多數(shù)人一生中總要忍受讓人渾身乏力的背痛,。美國(guó)洛杉磯市的阿倫·菲勒博士一直在設(shè)法弄清楚人們?yōu)槭裁磿?huì)經(jīng)常背痛。這位脊柱專家最近確信，這與人類的直立行走有關(guān),。
菲勒在《神經(jīng)外科學(xué)焦點(diǎn)》雜志上撰文說(shuō),，椎骨中出現(xiàn)的一些重大變化使人類祖先得以直立并攜帶物體，但同時(shí)也使它容易擠壓損傷椎間盤,。他發(fā)現(xiàn),，一種被稱為橫突的骨骼特征提供了重要線索。在大多數(shù)動(dòng)物中,，橫突位于椎骨的前側(cè),，朝向動(dòng)物的腹部，而在人類和早期人類祖先的化石身上,，橫突發(fā)生后移,。
人類的脊柱呈S形，腰部向前彎,，形成脊柱前凸,，背部向后彎，形成脊柱后凸,，與其他動(dòng)物的脊柱有很大的差異,。美國(guó)密蘇里大學(xué)哥倫比亞分校的人類學(xué)家卡羅爾·沃德說(shuō)：“脊柱原來(lái)是起拱頂作用的，一旦直立起來(lái),，它就不得不充當(dāng)承重的立柱了,。”
沃德說(shuō)，這種S形的脊柱從耗能的角度看,，既經(jīng)濟(jì)又有效,，維系著人體平衡和雙足移動(dòng)。但卻承受了過(guò)度的壓迫,，“讓它吃了不少苦”,。椎骨在受到長(zhǎng)期擠壓時(shí)，椎間盤就可能會(huì)突出,，壓迫脊椎神經(jīng),，引起疼痛?？茖W(xué)家們說(shuō),，除了人類及其祖先外，沒(méi)有一種靈長(zhǎng)類動(dòng)物領(lǐng)教過(guò)這種背部不適,。
分娩對(duì)所有的婦女來(lái)說(shuō),，都是一場(chǎng)嚴(yán)酷的考驗(yàn)，因?yàn)樗馕吨鴦⊥春惋L(fēng)險(xiǎn),。但與人類相比,，大部分靈長(zhǎng)類動(dòng)物對(duì)此卻并不發(fā)愁——它們的胎兒在穿越產(chǎn)道時(shí)，可以說(shuō)是暢通無(wú)阻。那么,，人類的產(chǎn)道為什么會(huì)曲折難行呢,？
科學(xué)家們的解釋是，這都是因?yàn)橐疹欀绷⑿凶叩男枰?。羅森堡說(shuō),，婦女骨盆的結(jié)構(gòu)既要使直立行走成為可能，又得讓寶寶通過(guò),，它必須在兩種需求之間取舍平衡,。結(jié)果是，產(chǎn)道嚴(yán)重變窄,，雖然還算管用,，但只是勉強(qiáng)將就，對(duì)寶寶和媽媽來(lái)說(shuō)都是一道“鬼門關(guān)”,。在100多年前,，分娩是育齡婦女的首要死因。
直立行走帶來(lái)的煩惱還不止這些,。在奔跑或快步走時(shí),，我們的下肢承擔(dān)的壓力可能接近體重的好幾倍，膝關(guān)節(jié),、踝關(guān)節(jié),、足部也承受了更多的壓力，這也正是人類飽嘗足痛膝傷之苦的原因所在,。
