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人脑为什么这么大?科学家发表了三种解释

北极蚊子 2018-6-4 21:52

人脑为什么这么大?你最认同哪种假说?

在灵长类动物中,你的大脑可谓硕大无朋。科学家正寻找个中原因。

我们人类的远祖、著名的阿法南方古猿露西(Lucy)生活在三至四百万年前,身体构造介于现代人类与动物之间。南方古猿的盆骨与股骨与我们类似,阿法南方古猿可能像我们一样直立行走。但在一个重大特征上,它们与我们差异悬殊:它们的大脑只有当今智人的不到三分之一。

这是人类进化领域最大的难题之一:露西那种早期的小容量大脑如何一步步地演变成我们现在这种聪明伶俐、善于交际的大脑?

发达的脑部是人类的标志性特征。人脑是动物王国中最复杂的器官,甚至有科学家称,它是“宇宙中最复杂的物件”。

但相对于人的体型,人脑的大小又出乎预料。为何进化过程青睐如此大的脑部?若能解答这个问题,人类学领域的头号难题或许也能得到启发:人类存在意味着什么,人类的独特之处在哪里?

围绕人脑为何如此之大,目前存在若干假说:可能是为了克服艰难的生存环境,也可能为了应对错综复杂的社会生活,因为群居状态下,生存下去的机率是最高的。

在我们的进化中,上述以及其他理论可能都扮演了一定的角色,但我们并不了解这些因素的先后与轻重。最近发表于《自然》(Nature)期刊的一篇论文告诉我们,科学家正在探索全新的解题思路。

人脑为何这么大:三种解释

首先,为什么要关心这个问题?有都有了,怎么来的还重要吗?

一个答案是:理解人脑进化或有助于我们理解人脑的工作原理,苏格兰圣安德鲁斯大学的进化生物学家毛里西奥·弗雷罗(Mauricio Forero)如是说。

“想理解赛车是如何工作的,省时省力的办法是阅读设计师笔记,”《自然》杂志那篇论文的第一作者弗雷罗说。“而要理解大脑是如何运作的,先理解它的设计同样也是省时省力的方法。”理解人脑的设计就意味着理解作用于它的自然选择力。

迄今为止,围绕人脑为何进化到如此之大,进化人类学家提供了三大解释(每种解释又包含更加细致的亚理论):

环境解释:生存挑战——诸如寻找食物、猎捕动物或记忆食物来源等——倾向于选择发达的大脑。

社会解释:与他人互动(不管是合作还是竞争)的选择压力,都青睐脑部足够发达、能预料他人行动的人。

文化解释:谁能将长久记忆知识积累,并将其传授给他人,谁繁衍后代的机会就越大。烹饪或是其中一个文化因素。生物人类学家理查德∙兰厄姆(Richard Wrangham)在2009年出版的《生火:烹饪造就人类》(Catching Fire)一书中提出,一旦学会烹饪食物,我们就能获取更容易消化吸收的卡路里,从而有了脑部发展的多余能量与时间。)

三个因素都可能扮演了一定的角色,并相互影响。但这些因素的配比必须恰好到处,才能创造出我们所知的人脑。举个例子,若自然选择青睐高度合作能力,其结果就会是小巧的人脑。不妨这样想:你若高度依赖他人,就不需要如何用脑。合作力惊人的蚂蚁的脑部就不怎么发达。蜜蜂也类似。

另外,有得必有失,发达的脑部涉及到一大缺陷:需要大量燃料。如今,身体代谢活动产生的能量中,20%要供给脑部。

“人脑是奢侈的组织,非常耗能,”马克斯·普朗克研究所进化人类学部门的进化人类学家西蒙·纽鲍尔(Simon Neubauer)说。“肯定有一种利益驱使着这个过程。”

只要选择压力稍有不同,人脑就可能走上另一条进化道路:将这些能量用于繁衍(或将性成熟年龄提前),或发展出更加壮硕的体格。但我们都没有,只进化出一个超级耗能的脑。那么,我们又怎么知道,在这一过程中,哪个因素是最重要的呢?

弗雷罗论文:环境因素或大于社会因素

通常,人们会从相关性研究的角度,探索“人脑为什么这么大”。人类学家和生物学家研究不同物种的脑,试图推断这样一个问题:动物的脑增大之后,哪些行为改变成为可能?比如,在很多灵长类动物中,社会学习与更大的脑容量呈现出相关性。

这种研究方法略显杂乱,而且难以得出板上钉钉的结论。(另外,人类进化也没法用实验验证。你不可能把一群人流放到环境压力各不相同的孤岛上,观察他们如何进化。)

于是,弗雷罗和论文合著者们一道,将目光投向了数学。他们建立计算机模型,模拟出人类进化的不同假设情境:一种是所有选择压力都源于自然环境,一种是所有选择压力都来自社会生活。(他们并未给文化情境建模,但希望在将来的研究中进一步展开。)该模型考量了相对于身体其他部位,脑部不断增大的代谢福利与代价。然后运行程序,试图解答一个问题:这些因素如何搭配,才会形成今天的人脑?

该模型显示,自然环境最能解释人脑的大小。自然环境的挑战,以及影响相对较轻的群居生活的挑战,导致人类脑容量迅速扩张。说不定,人类很大一部分进化都发生在非洲的稀树草原上,相对于森林,那里的食物和水更加难以获取。人类还得开动脑筋,躲避酷热。

但问题依然存在。“如果我们发现,艰难的自然环境使人脑进化得越来越大,这就引出一个问题:为什么只有人类如此?其他物种就没有这样?”弗雷罗说。

许许多多的物种都生活在艰难的自然环境中(有的甚至适应了漆黑的洞穴),但从未进化到用智能手机订披萨的程度(这个绝对是人类智慧与进化的巅峰)。

也许,这就是文化——学习与传授知识的能力——发挥作用的地方。在艰难环境下,若能积累有关环境的知识,生存下去也变得容易很多。

这并不是说,社会因素并不起作用。毕竟,人类是高度社会化、热爱群居的动物。这可能也是进化的结果。至少很难想象,在不培养社会合作的基础上,你该如何分享文化知识。

人脑为什么这么大:终极答案

这一模型可得出的结论是很有限的,华盛顿大学医学院比较神经生物学家艾米·鲍恩费尔德(Amy Bauernfeind)说。模型永远是现实的简化。它能通过数学方式,判断相关假设是否合理,但并非对进化本身的直接观察,因此很难得出明确结论。

实际上,在人脑的进化历程中,很多因素彼此密不可分。挑战重重的自然环境和刺激智力的社会生活,究竟哪个对进化更加重要?这个问题本身就过于简单化了,在东南路易斯安那大学研究心理进化的马修·罗萨诺(Mattew Rossano)说。

“所有因素相互反馈,”罗萨诺分析说,“学习制作新工具(以征服自然环境)会导致饮食的改变,影响到脑的进化,进而波及妊娠和分娩。由此产生的社会影响又增加了社会的复杂性,这种复杂性又能影响人脑进化,使人类能掌握更高深的技能,这也意味着工具愈加复杂。复杂的工具带来饮食的进一步改变,合作狩猎形式诞生,而这又是一种社会改变。”以此类推。

不过,人脑的进化如此难以建模,这说明了一个耐人寻味的事实:人脑是在特定的进化条件下走到这一步的。人类的智力不是给定的,而是源于一个错综复杂的过程,这个过程本可以有很多不同的结果。若能理解塑造人脑的力量,有朝一日,我们或能更进一步,理解人类智力是多么罕见——不仅在地球上,可能更广阔的宇宙中都是如此。

到目前为止,人脑大小之谜依然令人捉摸不透。但科学家猜测,它的终极答案是存在的。人脑是如此独特、如此复杂,说它发展到这一步纯属巧合,似乎有些不太可能。

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