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探索人类脑进化之谜

http://www.zkd.cn 周口店遗址网上博物馆

 

根据已发现的化石的证据,人类的起源和演化至少经历了600万年——700万年的历程,在这漫长的过程中,人类的脑是如何演化的?
  脑演化研究的直接证据是颅内模。颅内模是从颅骨内表面得到的脑的外部形态。颅内模的来源有三种:一种来源为天然形成的颅内模,当头骨石化时,脑石化或者颅骨内腔被泥纱充满凝固,日久天然而形成。第二种来源为根据颅骨内面的形态特征人工复制的颅内模:第三种来源为采用计算机三维扫描技术虚拟而成的颅内模。通过对颅内模的研究,使我们有可能了解化石人类脑表面的形态特征,根据脑的结构的变化,探求人类脑的进化过程,为人类的进化和颅骨的形态变异提供证据和功能基础。
最早的人类——托迈人
  2002年,法国科学家在中非乍得北部沙漠地区发现了距今600万年——700万年前的、与人类相似的头骨化石——托迈人的脑量与黑猩猩接近,约400ml左右,研究者认为托迈人可能代表着人猿分别后最早的人科成员。
南方古猿阶段
  1924年,在南非一个叫汤恩的采石场里发现了一个3—6岁小孩的头骨化石,化石具有天然形成的颅内模,脑量约500毫升,估计成年时也不过600毫升。汤恩脑模的沟回多,额下回比同尺寸的猿类大。额叶的眶表面展现典型的人类纤细的形态特征,而猿类有向前突起的嗅叶。从颞叶的尖端到大脑的顶端脑的高度,比类人猿大,提示顶叶和颞叶扩大。另外,颞叶,特别是他的前端显示人类的特征,而不是猿的。月状沟的位置靠后,和人类相似,顶叶向后扩大,这个月状沟可能是脑从猿类进化到人类的一个明显的标志。
  从30年代开始,在非洲多处地点发现了与汤恩南方古猿相似的头骨化石。到90年代初,在非洲发观的南方占猿已达6个种,即非洲种、阿法种、粗壮种、鲍氏种、羚羊河种和埃塞俄比亚种。南方古猿的生存年代在距今440万年——150万年前,目前,超过30个颅内模被复原出来。南方古猿的脑量为400—500ml,与黑猩猩相似,但其脑的形态特征,已经和人类相近。
能人阶段
  能人的生存年代为距今250万年——160万年,目前也只是发现于非洲,此时的人类已经开始制造工具(石器)。能人脑量为510—752ml,脑子比南方古猿增加了1/2,人类脑量的扩少是从能人阶段开始的。在肯尼亚特卡纳湖以东地区发现的编号为KNM-ERl470号颅内模具有明显的不对称性,表现为左枕叶和右额叶偏大,左额叶相当于现代人语言中枢Broca区有一个沟回,古神经学家Dean Falk教授认为当时的人类可能已经具有语言的能力。
直立人阶段
  1891年,在印度尼西亚的爪哇岛发现了第一个爪哇猿人的头盖骨化石(Trinil 1)。第2年,在同一地点又发现了一根人类骨股化石。根据其头骨复原的颅内模,估计脑量为900—1000ml左右,低于现代人的最低标准。
  1929年,在北京周口店发现了直立人ZKD III号头骨化石。此后,在周口店又相继发现了ZKDII、ZKDX、ZKDⅪ、ZKDXII和ZKDV号头盖骨化石。此6件头骨的颅内模已成为世界上重要的脑演化研究对比标本。周口店直立人的颅容量变异范围为915—1225ml、从脑膜形态特征来看,周口店直立人的脑膜中动脉系统的类型和大猩猩接近,前支比后支发达,而现代人一般后支发达。脑的高度小于现代人,额叶和顶叶的顶端扁平,而在现代人脑的顶端是圆隆的。额叶脑沟的类型和现代人接近,左侧额下回语言中枢Broca's区的面积大于右侧,估计周口店直立人已经具有语言的能力了,但有语言的能力,并不代表此时的人类已经可以说话了。脑的左侧略大于右侧,推测周口店直立人有惯用右手的习惯。
  目前,直立人化石在非洲、亚洲和欧洲等许多地区都有所发现,其生存年代为距170万年——20万年,脑量的变异范围为600—125lml。此时的人类已经开始使用火,制造石器、骨器等多种工具,集体狩猎及会搭制栖身之所等。
智人阶段
  在直立人阶段之后,人类步入智人阶段。智人,分为早期智人和晚期智人阶段。早期智人生活于距今25万年——4万年前:化石分布于亚、非、欧许多地区;晚期智人最早可能达10余万年,扩展至澳洲、美洲等广泛地区。此时人类脑膜的形态特点和现代人已经基本相似平均颅容量为1200ml左右。
人类脑进化的原因
  从南方古猿到智人:在过去的几百万年间,人类的脑量平均以每10万年50—10cm3的速度在增加:对其扩大的原因,人们提出了很多猜想。
  一些学者认为脑的进化与直立行走有关。由于直立行走,使上肢解放出来,以便能够制造工具、捕猎,从而使脑扩大。这个假说目前已经被否认,在莱托里(Lactoli)发现的3.5百万年前的南方古猿的直立行走的足迹证明,在脑扩大之前,人类已经能够直立行走了。
  还有学者提出,人脑的扩大可能与使用工具、捕猎和食肉有关。工具的使用和其他文化因素为脑的扩大提供正反馈,有计划地捕猎、设置陷阱、使用棍棒和骨头作为武器猎杀猎物和食肉,使人类的智力提高,脑量增大。但是,有人提出黑猩猩也能利用一些材料当作工具、甚至会制造工具,为什么黑猩猩的脑量没有增大?南方古猿脑量虽然很小,但也会制造简单的工具,能人的脑量虽然比南方古猿增加了很多,但其制造的工具的水平并没有太大的突破,为什么能人的脑量突然增加了很多?在人类大脑的进化过程中,动物性食物的增加虽然非常重要,但其基础代谢率和脑相对尺寸的大小之间似乎没有直接关系。
  另外有学者认为,环境的变化是导致人类脑进化的原因。晚更新世时期,从非洲迁移出来的欧亚大陆的早期人类生存在一个恶劣的气候条件下,在和环境斗争的过程中,脑量扩大。这种假说目前还没有得到化石证据的支持。
  目前,对于人类脑进化过程的原因和机制还在探讨中。因为化石标本的有限性,所以往往通过分析现生灵长类脑的特征,运用比较神经解剖学、动物学、考古学、行为学等多方面知识来综合进行分析。随着新化石的不断被发现和技术的发展,相信人类脑演化的谜团总有一天会被揭开。


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