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,。這樣的解釋似乎過于簡單,，不過你可不要小看省下來的那點(diǎn)力氣，科學(xué)家們說,，在當(dāng)時(shí)的自然環(huán)境下,，那很可能就意味著誰能夠生存，誰將被淘汰,。
不僅如此,，為了“站起來”，我們的祖先可以說是“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,，至今仍無定論。有人說是我們的祖先為了騰出手來抱孩子,、拿吃的,，有人說是為了去摘以前夠不著的果子，甚至還有人說這只是為了可以更好地在微風(fēng)中散熱,。
現(xiàn)在,，幾位美國科學(xué)家又給出了一種新的解釋。他們在出版的美國《國家科學(xué)院學(xué)報(bào)》上撰文說,，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,，在對比直立行走與四肢行走的能量消耗實(shí)驗(yàn)中，索科爾說,，黑猩猩是絕佳的實(shí)驗(yàn)樣本,。更重要的是,，經(jīng)過訓(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,，再讓它們在跑步機(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,。
通過對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,。科學(xué)家們說,，這些定量的數(shù)據(jù)說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,，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)的能量幾乎沒有差別,，但是，長期進(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，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：“(它)行走時(shí)，膝蓋和臀部看上去似乎更加舒展,。”
帶來骨骼巨變
事實(shí)上,，數(shù)十年來，有不少科學(xué)家一直在推測,，人類祖先開始直立行走是因?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,。但是這一理論的支撐數(shù)據(jù)一直不足。
“幾十年來,，研究人員一直就能量學(xué)在人類進(jìn)化為兩足動(dòng)物的問題上爭論不休,，因?yàn)槟菚r(shí)幾乎沒有具有說服力的研究數(shù)據(jù)。”賴希倫說,，“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600萬至800萬年前,，在非洲開始嘗試采取直立姿勢行走的(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,，那時(shí)，東非地區(qū)的降水越來越少,，原本茂盛得密不透風(fēng)的森林變得越來越稀疏空曠,，食物來源也變得越來越分散。我們的祖先不得不走更遠(yuǎn)的路來獲取足夠的食物,。“假如用兩條腿走遠(yuǎn)路能省點(diǎn)力氣,，那么，誰長途跋涉更不費(fèi)勁,，誰就占便宜,。”
“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發(fā)育和繁殖,。”賴希倫說：“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,，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題上還不夠有說服力。“在現(xiàn)有250多個(gè)靈長類物種中,，只有一個(gè)物種是用兩條腿走來走去的——那就是我們?nèi)祟悺?rdquo;美國南加州大學(xué)的人類學(xué)家克雷格·斯坦福說,。
科學(xué)家們承認(rèn)，要充分了解直立行走的來由，我們還差得很遠(yuǎn),。但對于“這種獨(dú)特而奇異的移動(dòng)方式”對人類的改變,，都認(rèn)同這是個(gè)巨變,。劉武說,，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)和脊椎開始變大,；骨盆也從又長又細(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)過許多世代更迭,、漫長歲月洗禮而形成的這些改變，看來的確沒有白費(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·利伯曼通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，直立行走可以說是有關(guān)平衡,、協(xié)調(diào),、效率的壯舉。
他發(fā)現(xiàn),，在行走過程中,，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,，“它們直立行走，可要費(fèi)九牛二虎之力,。因?yàn)楹谛尚蓻]法像人類那樣兩腿繃得筆直,，得動(dòng)用肌肉的力量來支撐體重，晃來晃去地浪費(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),。”美國特拉華大學(xué)的人類學(xué)主任卡倫·羅森堡說，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，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。美國密蘇里大學(xué)哥倫比亞分校的人類學(xué)家卡羅爾·沃德說：“脊柱原來是起拱頂作用的,，一旦直立起來,，它就不得不充當(dāng)承重的立柱了。”
沃德說,，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),。但卻承受了過度的壓迫,，“讓它吃了不少苦”。椎骨在受到長期擠壓時(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,，除了人類及其祖先外，沒有一種靈長類動(dòng)物領(lǐng)教過這種背部不適,。
分娩對所有的婦女來說,，都是一場嚴(yán)酷的考驗(yàn)，因?yàn)樗馕吨鴦⊥春惋L(fēng)險(xiǎn),。但與人類相比，大部分靈長類動(dòng)物對此卻并不發(fā)愁——它們的胎兒在穿越產(chǎn)道時(shí),，可以說是暢通無阻,。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Ａ_森堡說,，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，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,，對寶寶和媽媽來說都是一道“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。
