人的演化

humanoid

生物學在講甚麼?–周成功老師的探索筆記 (11)

1859 年達爾文出版他的《物種起源》中,並沒有特別提到人類起源的問題。他只說未來我們對人類起源和他的歷史,應該會有更清楚的認識。今天我 們對人類演化的了解,來自兩個完全不同領域的探索:一個是對古人類化石 的挖掘與分析;另一個則是比對現代人類、黑猩猩和古人類化石中 DNA 的排 序。這兩種不同的分析方式都得到一個相似的結論,那就是黑猩猩是人類最親 近的物種,而人類和黑猩猩大約在七百萬年前分道揚鑣。

兩千零二年在非洲查德出土的類人化石,很可能就是現代人類與黑猩猩共 同祖先的代表。之後在東非大峽谷和南非發現更多五百到六百萬年前的類人化 石。其中最著名也是最完整的類人化石 1974 年在衣索比亞出土,就是著名的 LucyLucy 生存的年代大約在三百二十萬年前,她其實跟現代人類很不一樣, 我們把它歸類為南方古猿。和我們真正比較相近的類人化石出現在兩百萬年 前,我們稱之為巧人。因為在化石出土的地點,同時發現了許多粗糙石頭製作 的工具。接下來就是一百五十萬年前的直立人,許多證據顯示,直立人可能在 一百五十萬年前,曾經從非洲出走。過去在中國發現的北京人,或是在印尼發 現的爪哇人,很可能都是那次從非洲出走直立人的的後代。

從化石的記錄,我們可以約略知道人類在與黑猩猩分道揚鑣後的七百萬年 中,體格、形態上發生了那些重大的變化。從這些變化中,我們可以看到人類 演化過程中,最重要的幾個里程碑。其中最明顯的就是,人是唯一用兩支腳站 立行走的動物。用兩隻腳站立走路,其實有很多不方便之處。譬如說跑不快。 另外上半身的重量全由脊椎、膝關節來支撐。現代人很多身體的問題,像骨 剌、椎間盤突出、膝關節磨損等等可能都是由此造成的。

人為什麼要從四肢著地變成雙足直立呢?推想可能是因為氣候變遷,使得 原來東非大峽谷的棲息地從森林變成草原。在草原中,人不需要用手來攀緣樹 木,而且人的嗅覺不好,在草原中無法敏銳檢測出其他野獸的存在。因此直立 後視野比較寬廣,得到一些生存的優勢。雙足直立對人類演化另外一個重要的 影響,就是讓人類的嬰兒在母親體內尚未發育完全就必須出生。

大部分動物出生的時候都已經發育完全,一出生就可以跟著媽媽走動。唯 獨人類因為雙足直立,嬰兒的重量完全由媽媽的骨盆支撐。當嬰兒還沒有發育 完全,但它的重量已經超過骨盆所能承受,就必須出生。因此人類嬰兒出生時 是全然的無助,必須仰賴母親無微不至的照顧。另外一個明顯的特徵,就是嬰 兒出生時頭蓋骨還沒有完全縫合。沒有發育成熟就出生的嬰兒,對母親來說當 然是一個很大的負擔;但另一方面,人類從這個獨特的發育過程中,卻獲得了 意想不到的好處。因為這種生育方式,使得人類的大腦是在一個充滿了來自外 界刺激的環境中繼續成長發育。這對塑造大腦神經網路的複雜度提供了無限的 可能性。

在人類演化過程中,另外一個重大的里程碑就是腦容量的快速增加。Lucy 的腦容量約為 450 立方公分,與黑猩猩的 400 立方公分大不了多少。但接下來 巧人、直立人到現代人,腦容量從 600、900 直線上昇到 1,400 多立方公分。人 類腦子變大的原因很複雜,當然前面提到雙足直立,讓嬰兒的大腦出生後,還 有一個很大的成長空間是其中一個原因。另外氣候變遷,嚴寒的天氣讓人學會 用火,可能是另一個重要的原因。因為火不僅能取暖,促進小團體的聚集。更 重要的是我們可以從煮熟的食物,特別是肉類中吸收更多的養分。當然基因的 改變是演化背後重要的推手,有沒有一些特別的基因會影響人類大腦的生長、 發育呢?

生物學-11-1

圖11-1 丹尼索瓦人 (Denisovans):一個最新發現的人種。2010 年3 月在離外蒙古不遠的阿爾泰山脈丹尼索瓦地區(左)的一個洞穴中(右),發現一小段來自41,000 年前一位年輕女 性的手指骨。DNA 定序的結果發現它並不是現代人的祖先,而屬於一個新的人種。它與歐洲人似乎沒有什麼關連。但亞洲人,特別是馬來人身上大約有1-4% 的DNA 序列是來自丹尼索瓦人。

過去研究遺傳性失語症家族時,發現有一個基因 POXP2,可能和人的大 腦發育與語言的能力有關。這個基因一旦發生損傷,患者就無法說話。這個 基因從老鼠到黑猩猩到人都有。黑猩猩與人相比,715 個氨基酸中只有 2 個氨 基酸的改變,表示這 2 個氨基酸在 POXP2 蛋白質上的改變,使人獲得了一些 演化上獨特的優勢而保存迄今。我們無法得知 POXP2 究竟在什麼時候發生這 樣的變化。但是現代人另有兩個已滅絕的近親,一是 19 世紀中葉在歐洲出土 的尼安德特人 (Neanderthats);另一則是 2008 年在西伯利亞出土的丹尼索瓦人 (Denisovans)(11-1)。這兩種人類近親大約在 80 萬年前與我們分道揚鑣, 而它們 POXP2 的基因序列和我們完全相同,表示 FOXP2 的變異至少在 80萬年前就發生了。

除了 POXP2 外,另一個更直接的證據來自一段叫作 HARE5,長度為 1219 個鹼基對的 DNA 增強子 (enhancer)DNA 增強子可以遠距同時控制多個基因 的轉錄,而人與黑猩猩的 HARE5 序列間只有 16 個鹼基對的差異。當科學家把 小鼠的 HARE5 片段,分別用人或黑猩猩的 HARE5 序列取代。結果發現,帶 有人的 HARE5 片段的小鼠,它的大腦皮質層面積,較正常或是帶了黑猩猩的 HARE5 片段的小鼠大了百分之十二。

生物學-11-2

圖11-2 古人類的DNA 序列比對,揭開了人類遷移(箭頭/ 年代)和與尼安得特(綠色)或丹尼索瓦人(紅色)混血的歷史(http://www.nature.com/news/2011/110809/full/476136a.html)。

現代人的祖先可能在 20 萬年出現於東非,10 萬前離開非洲。然後快速地 散佈全球:4 萬年前到了歐洲;5 萬年前到了東亞和澳洲;1 5 千年前越過白 令海峽來到美洲(11-2)。然而在數百萬年漫長的人類演化歷史中,身體、 行為雖然都產生了巨大的改變,但人類真正文明的出現,卻要遲至一萬年前才 宛若暗夜中的煙火,突然燦爛地爆發。其中最關鍵的轉折就是農業的興起。

中東兩河流域的人們學會了馴化了稻、麥、牛、羊。從此擺脫了採集 /打 獵的生活型態,轉變成定居、耕作的農業社會。土地生產力因此大幅增加,少 數人的農作就能養活所有的人,於是更精密的社會分工才有可能,而鉅大的腦 子加上精巧的雙手才有充分發揮的空間。更重要的是文字的出現,讓眾人智慧 產出的經驗得以保存、累積。文明的進展也就不再有任何限制了!當然農業社會也引發了一些過去人類未曾有過的挑戰。像大規模傳染病的流行,單一食物 造成的營養失衡等等,但它也把人類的演化帶向了一個新的方向。

 

參考讀物

1.  生物學在講甚麼?–周成功老師的探索筆記 (1)  http://shs.ntu.edu.tw/shsblog/?p=32713

2. 生物學在講甚麼?–周成功老師的探索筆記 (2)  http://shs.ntu.edu.tw/shsblog/?p=32717

3. 生物學在講甚麼?–周成功老師的探索筆記 (3)  http://shs.ntu.edu.tw/shsblog/?p=32719

4. 生物學在講甚麼?–周成功老師的探索筆記 (4)  http://shs.ntu.edu.tw/shsblog/?p=32731

5. 生物學在講甚麼?–周成功老師的探索筆記 (5)  http://shs.ntu.edu.tw/shsblog/?p=32737

6. 生物學在講甚麼?–周成功老師的探索筆記 (6)  http://shs.ntu.edu.tw/shsblog/?p=32772

7. 生物學在講甚麼?–周成功老師的探索筆記 (7)  http://shs.ntu.edu.tw/shsblog/?p=32758

8. 生物學在講甚麼?–周成功老師的探索筆記 (8)  http://shs.ntu.edu.tw/shsblog/?p=32804

9. 生物學在講甚麼?–周成功老師的探索筆記 (9)  http://shs.ntu.edu.tw/shsblog/?p=32763

10. 生物學在講甚麼?–周成功老師的探索筆記 (10)  http://shs.ntu.edu.tw/shsblog/?p=32773

11.  Detailed of being human Nature 454: 21-23; 2008.

12.  Humanity’s long, lonely road. Science 349:1270; 2015.

 

 

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