2018-03-01资讯

揭秘人类进化历程 人类与猿类何时分化

科学家们正在重新寻找人类诞生的起点,即我们与类人猿是何时分道扬镳的?他们仍在研究精确的日期,即使这个时间跨度可能长达100万年。随着新的发现不断涌现,科学技术不断进步,就像人类进化史上的许多重大问题一样,这个问题的答案本身在过去几十年里不断演变。

图1:人类祖先的身份至今仍不明确,尽管有确凿证据表明,如拉密达地猿(Ardipithecus ramidus)这样的物种可能是人类的直系祖先或始祖近亲

人类与猿类何时分化?

遗传学已经证明我们与近亲黑猩猩分道扬镳的时间线。当我们在2005年对完整基因组进行比较时,发现这两个物种的DNA中有98%都是相同的。这些差异为我们的血统分化的时间提供了重要线索。通过估计新基因突变被代代相传的速率,科学家们可以利用基因差异作为“分子时钟”,粗略地估计出分化发生的时间。大多数计算表明,这个时间在400万到800万年前。

这个“时间窗口”远比我们原来想象的更近。在20世纪60年代,化石证据使得古生物学家们得出结论,认为短吻拉玛古猿(Ramapithecus)是人类最早的祖先之一。但随后的DNA分析显示,分化发生在那很久之前,短吻拉玛古猿现在被认为是猩猩的祖先。

科学家们还在寻找我们和其他猿类之间的“缺失环节”吗?

我们仍然不知道自己和黑猩猩最近共同祖先的身份。但科学家们往往不喜欢“缺失环节”这一说法,因为这意味着进化是以一种有序、线性的方式进行的,并且有明确的节点。自然历史博物馆人类起源负责人克里斯·斯金格(Chris Stringer)表示:“这让人感觉,有一种过渡形式,神奇地弥合了现代猿类与人类之间的鸿沟,并表明我们必须将一切都纳入我们的进化路线中。”

但现实是混乱的:不同的人类分支以不同的速率进化,新的特征可以独立出现好几次。分化可能持续了数千年,跨越大洲,种群分化,然后再次杂交。与其说这是一棵生命之树,倒不如说它更像是茂密多刺的灌木。

我们是否可以假设,我们与其他猿类的最后共同祖先就像黑猩猩那样?

不一定,黑猩猩不是简单的进化人类版本。我们假设的共同祖先会有类似黑猩猩和人类的特征,同时还有被这两个物种最终抛弃的某些特征。这个共同的祖先可能是四肢着地行走,或者是直立行走。

科学家们仍在试图将这种进化拼图拼合起来,在基于化石的记录中,显示人类与猿类共同祖先是一种不断变化的生物。更复杂的是,大多数已经发现的化石可能只是进化的旁支,而不是直接祖先。

科学家们发现了哪些重要化石?

人们相信的最早人类血统标本之一,是在乍得发现的、拥有六七百万年历史的化石。它被称为乍得沙赫人(Sahelanthropus tchadensis),拥有类似猿的脸,突出的眉毛以及非常小的大脑,但同时也拥有像人类一样的小犬齿。脊髓位于颅骨下方,而不是背部,有人认为这预示着这种生物是用两条腿走路的,但目前还很难确定,因为只有它的头骨和其他几块骨头。

另一种来自同一时期的化石来自肯尼亚,名为图根原人(Orrorin tugenensis),它的特点是拥有小牙齿和腿骨,这表明其属于原始两足动物。

图2:拉密达地猿有大脚趾,暗示它可能是敏捷的攀岩者?

稍晚些时候,大约在440万年前,科学家在埃塞俄比亚发现了令人震惊的完整女性骨架——拉密达地猿。这种猿人身材矮胖,身高约有1米,拥有类似猿人的手臂和大脚趾,暗示它可能是敏捷的攀岩者。科学家们就拉密达地猿直立行走的程度上存在分歧:有人认为它经常用两条腿走路,其他人则认为,只有需要用手臂来携带东西的时候,它才会这样做。

这具骨骼的骨盆骨被压碎,骨骼中也不包括膝盖,它们都可能有助于更明确地解决这个问题。对于拉密达地猿来说,它是人类直系祖先的最有力证据来自于牙齿,她的牙齿小而尖利,更像现代人类的牙齿,而且缺少像黑猩猩、大猩猩和早已灭绝的猿类那样的大尖牙。

随后是“露西”问世,这是有着318万年历史的化石骨骼,以甲壳虫乐队的歌曲《露西》(Lucy in the Sky with Diamonds)命名。露西被认为是古生物学中最重要的发现之一,因为它拥有独特的原始特征——与黑猩猩差不多的大脑、有力的下颚以及长而下垂的手臂。同时,它还拥有令人难以置信的人类特征。特别是它的腿、膝盖和骨盆与人类的解剖结构惊人地相似,这表明我们的祖先在此时已经获得了能够行走和奔跑的人类特有能力。

图3:南方古猿(Australopithecines)出现在大约400万年前,它的大脑和黑猩猩大小差不多

露西也帮助人们接受了“非洲作为人类摇篮”的理念,这反映在它所代表物种的学名上——南方古猿阿法(Australopithecus afarensis)。科学家们现在认为,南方古猿属逐渐进化,并分布在非洲南部和东部地区,而其中一个物种成功进化到下个阶段。

为什么我们的祖先开始直立行走?

传统的“草原理论”认为,气候变化导致茂密的森林被大片的草原取代,这为人们徒步长途旅行创造了新的动力。然而,向两足动物的转变似乎至少在600万年前就开始了,这个时间远在非洲气候干涸到足以创造出大草原之前。更复杂的是,最近对露西化石的分析表明在它去世前不久,身上出现多处骨折,导致许多人猜测它可能曾从树上掉下来。

最近的一个想法是,两足动物首先出现在森林中,这与化石记录一致。在苏门答腊岛上,人们观察到红毛猩猩在森林树冠上行走,它们用两条腿在树枝上行走,并使用双臂帮助支撑它们的重量或悬挂,这样它们就可以通过更细的树枝移动。无论什么原因促使我们从四条腿过渡到两条腿,这似乎已经发生了数百万年,人类祖先很可能在地面和树木之间进行了长时间的更替旅行。

当我们掌握了走路的窍门,接下来会发生什么呢?

我们的祖先何时被归属为人类的具体时间依然十分模糊,许多都是主观猜测,但是科学家把大约240万年前出现的物种放在人类诞生的起点之上,即人属(Homo genus)。我们是这个群体的唯一幸存者,但地球上曾经有许多古人类生活,其中有些甚至与我们的祖先存在交点。

其中最早的是能人(Homo habilis),他们生活在240万年到140万年前的非洲。这个名字的意思是“杂工”,因为这个物种最初被认为是最早的石质工具制造者。从那时起,科学家们发现了许多锋利的石头、锤子和铁砧等。“能人”身高约有1米到1.4米,有突出的脸和巨大的牙齿-,为此获得了“胡桃钳”的绰号。他的脑壳比南方古猿大50%,但仍然只有现代人的一半大。

直立人(Homo erectus)生活在170万年到180万年前,在解剖学上更接近现代人类。直立人身高更高(1.5到2米),拥有比能人更大的大脑,但下巴和牙齿更小,这意味着饮食发生了改变。哈佛大学人类学家理查德·朗汉姆(Richard Wrangham)认为,颚部解剖的惊人变化表明直立人掌握了火,并开始烹饪,从而提高了觅食和消化的效率,可以释放更多能量支持更大的大脑。直立人有时被称为第一个世界主义者,因为它的地理分布范围很广,在非洲、西班牙、意大利、中国和印度尼西亚都有发现。

最早的智人(Homo sapiens,即我们)的证据来自于在摩洛哥山洞中出土的化石,大约距今30万年。至少有五具人类骨骼被发现,旁边还有工具、瞪羚骨头以及木炭堆。德国莱比锡普朗克演化人类学研究所的科学家让-亚克斯·胡比林(Jean-Jacques Hublin)去年在接受采访时表示:“我们在伦敦地铁上遇见的那个人,可能就拥有智人的脸。”

人类何时离开非洲,在世界各地繁衍?

直到最近,来自化石、遗传学和考古学的一系列证据表明,大约6万年前,现代人类首次从非洲扩散到欧亚大陆。然而,最近的一系列发现(包括在中国洞穴中发现的10万年前的人类牙齿,以及在以色列北部发现的近20万年前的颚骨)表明,智人在世界各地冒险的时间远早于此前所想。

然而,这些早期的“走出非洲”冒险似乎对现代人的遗传学贡献甚少,也许这些群体已经灭绝了,或者是在随后的迁徙浪潮中被灭绝。通过对现代人共同祖先进行三角测量,科学家可以发现,非洲人与非非洲人的祖先在6万年前就已经开始有所交汇。随着这些祖先跨洲旅行,他们会遇到其他五花八门的人类物种,包括欧亚大陆上的尼安德特人(Neanderthals)、西伯利亚的丹尼索瓦人(Denisovans)以及印尼弗洛勒斯岛上的矮人物种“霍比特人”,可能还有我们不知道的其他物种。


图4:人类进化并不是一个整齐的或线性过程

我们灭绝了尼安德特人吗?

尼安德特人倾向于被认为是史前世界里的暴徒,他们很少有机会对抗我们祖先的智慧和狩猎能力。不过,令人感到惊奇的是,尼安德特人拥有比我们更大的大脑,他们制造珠宝,在古代的仪式中埋葬死者的尸体,并使用颜料——这可能是为了制作部落标记。

然而,在大约4万年前,尼安德特人的数量开始急剧下降。当时,恰好是非洲智人在欧亚大陆定居的时候。也许他们曾激烈争夺资源,并在冲突中被杀光。也有可能是他们不太适应气候变化,无法像我们的祖先那样继续向北部和东部迁徙而灭绝。

虽然尼安德特人灭绝了,但从某种意义上说,他们现在还活着。现代人类和尼安德特人之间的杂交意味着,今天活着的所有非非洲人都携带着大约1-5%的尼安德特人DNA。每个人都获得了尼安德特人基因组的不同部分,所以总体来说,尼安德特人的基因组中有相当一部分(至少20%)是通过存活种群传播的。

我们曾与其他物种杂交?

的确如此,遗传学表明,非洲以外的所有人祖先都曾与尼安德特人混血,而且可能不止一次。此外,人类祖先可能还与另一个古老人种——丹尼索瓦人杂交。我们不太了解这些古老近亲们,因为他们的化石已经支离破碎。但在西伯利亚洞穴里发现的手指骨,科学家们能够提取出高质量的DNA,显示这是一名生活在大约41000年前的丹尼索瓦女孩的DNA。

有趣的是,丹尼索瓦人的DNA只出现在现代土著澳大利亚人和巴布亚新几内亚人身上,这表明他们的祖先在穿越地球的途中一定遇到过丹尼索瓦人,可能是在东南亚的某个地方我们只能推测这些杂交事件的大概,以及它们是不同部落的和平合并还是暴力冲突。


图5:地球上曾经有过数量惊人的人类物种,其中有些甚至与我们的祖先存在交点

我们能用克隆技术把灭绝的人类近亲复活吗?

从理论上讲,可以将尼安德特人或丹尼索瓦人的基因突变剪切和粘贴成现代人类基因组,然后将其转化为卵子,并通过代孕母亲培育出古人类婴儿。在著作《再生:合成生物学如何重塑自然和我们自己》(Regenesis: How Synthetic Biology Will Reinvent Nature and?Ourselves)中,哈佛大学遗传学家乔治·丘奇(George Church)推测,利用基因工程来复活灭绝生物的可能性。

丘奇写道:“如果社会对克隆人类和人类多样性的价值感到满意,那么整个尼安德特人的生物本身就可以由代孕妈妈黑猩猩或极具冒险精神的女性来克隆。”在这个实验中,有些实验室的科学家们正在研究尼安德特人的细胞,甚至是器官——微型大脑和肝脏,以便更好地理解尼安德特人与我们的不同之处。

我们何时学会说话?

这个问题很棘手,因为语言在化石记录上没有直接的痕迹,甚至今天的神经科学家还没有完全弄清楚人类大脑是如何产生语言的。有些人认为,基于集体狩猎和其他复杂行为的早期证据,原始版本的语言先于智人而诞生。例如,在已经灭绝的犀牛、熊和田鼠的残骸旁,都曾发现50万年前的人类化石(另一种已灭绝的近亲),这些都是被屠杀的动物。

所谓的语言基因FOXP2被认为是说话的关键,它也掌握着线索。这种基因的智人突变版本在黑猩猩或其他动物身上看不到。我们现在知道,尼安德特人有相同的基因突变。然而,现代人类在FOXP2的侧翼DNA中有两倍的突变,这决定了基因何时开启和关闭,暗示我们可能进化出了与我们的亲属不同的语言能力。

接下来如何?

人类的进化还没有结束,但我们无法预测人类将如何进化。人们很容易想当然地认为,我们正处在不断上升的智力轨道上,但并不能保证这一点。事实上,在过去的2万年里,人类大脑的体积缩小了5-10%。也许这可以和在家畜身上看到的模式相提并论,它们的大脑几乎总是比野生同类小。自然历史博物馆的斯金格说:“也许我们已经驯化了自己,我们的祖先所需要的那些部分不再那么重要了。”

我们也有可能在用个人脑力交换集体智慧。斯金格说:“我们的大脑非常昂贵,它们消耗了我们20%的能量。所以,如果进化能让大脑变得更小,它就会沿着这个方向走下去。”

(副标题:揭秘人类进化历程:地铁上可能会遇到一张"智人脸")

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