书城童书青少年应该知道的人类生物学
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第4章 谜团揭秘——人类进化成因

1.曲径探幽——人类进化的原因

人是高级生物,生物进化的原因很多,既有外部的自然环境变迁的压力,也有生物自身基因的变异,而自身基因突变又起了决定作用。生物体内部的基因突变,会导致生物体表面形状变化甚至是新生物种的诞生,于是进化就产生了。

生物进化的原因主要是过度繁殖,生存斗争(也叫生存竞争),遗传和变异,适者生存。

地球上的各种生物普遍具有很强的繁殖能力,都有依照几何比率增长的倾向。但事实上,每种生物的后代能够生存下来的却很少。这主要是繁殖过度引起的生存斗争的缘故。

任何一种生物在生活过程中都必须为生存而斗争。生存斗争包括生物与无机环境之间的斗争,生物种内的斗争,如为食物、配偶和栖息地等的斗争,以及生物种间的斗争。由于生存斗争,导致生物大量死亡,结果只有少量个体生存下来。

一切生物都具有产生变异的特性。引起变异的根本原因是环境条件的改变。在生物产生的各种变异中,有的可以遗传,有的则不能够遗传。

在生存斗争中,具有有利变异的个体,容易在生存斗争中获胜而生存下去。反之,具有不利变异的个体,则容易在生存斗争中失败而死亡。这就是说,凡是生存下来的生物都是适应环境的,而被淘汰的生物都是对环境不适应的,这就是适者生存。达尔文把在生存斗争中,适者生存、不适者被淘汰的过程叫做自然选择。达尔文认为,自然选择过程是一个长期的、缓慢的、连续的过程。由于生存斗争不断地进行,因而自然选择也是不断地进行,通过一代代的生存环境的选择作用,物种变异被定向地向着一个方向积累,于是性状逐渐和原来的祖先不同了,这样新的物种就形成了。

由于生物所在的环境是多种多样的,因此生物适应环境的方式也是多种多样的,所以,经过自然选择也就形成了生物界的多样性。

人类进化的原因和其他生物是一样的。人类的进化是树丛状的,不是单线式的,人类许多亲缘在进化过程中灭绝了,环境变化和基因突变是人类进化的主要动力,其中自然选择在这中间起了重要的作用。

直立行走是人类进化中的拐点,它促进了脑量的增加。人类在制造工具、集体劳动中产生了语言,又推动了大脑的进一步发展,加上各种因素的相互协调和促进,人类开始创造了文明。

2.探索发现——人类发祥地之谜

在欧洲,特别是西欧,曾经一度被认为是人类的发祥地。自从达尔文创立生物进化论后,多数人相信人类是生物进化的产物,现代人和现代猿有着共同的祖先。但人类这一支系是何时、何地从共同祖先这一总干上分离开来的?什么是其分离开的标志?原始人类又是何时、何地转化为真人的……

对于这一系列的疑问,古人类学家一直在努力寻找正确的回答。多数古人类学家认为:真人是以制造工具为标志,真人出现以前的人类祖先,科学家们称之为“前人”。直立是前人从人猿共祖主干上分离的形态学标志,他从主干分离的地区可谓人类最早的摇篮。真人不断演化发展,最后成为现代人,同时形成现代不同的人种,这个进化过程完成的地区便是人类演化最后的摇篮。

人类从人猿主干上分离,究竟发生在哪一地区?是在非洲,然后走进亚洲,还是在亚洲?

非洲是人类的摇篮首先是由达尔文提出来的。他在1871年出版的《人类起源与性的选择》一书中作了大胆的推测。另一位进化论者海格尔则在1863年发表的《自然创造史》一书中主张人类起源于南亚,还绘图表示现今各人种由南亚中心向外迁移的途径。此外,还有中亚说、北亚说以及欧洲说。由于人类的摇篮随人类化石的不断出土,而摇摆于各洲。

从1823年到1925年,欧洲就有116个古人类个体被发现,其中包括猿人阶段的“海德堡人”。而新石器时代的人骨发现得更多,有236个。因此,人们打开地图一看,欧洲布满了古人类的遗址。而当时除了爪哇猿人外,在亚洲其他地区和非洲还没有找到过古人类遗址。还有,最早发现的古猿化石是1856年在法国发现的林猿化石。所以当时许多人认为人类起源的中心是在西欧。

但随着亚非两地更多人类化石的发现,人类摇篮欧洲说才逐渐退出了舞台。

在亚洲,爪哇直立猿人化石的发现,使得“人类中亚起源说”曾在当时更加风靡一时。

1887年,荷兰解剖学家杜布哇在印尼的爪哇岛找到了原始人的化石。1890年,他在一个名叫垂尼尔的地方,先是找到下颌残片,次年又发现一具头盖骨,这就是著名的“爪哇人”第一号头盖骨。1892年,他又在不远处找到一根大腿骨。杜布哇研究了这些材料后,认为它们属于同一个体,而且正是人们要寻找的人与猿之间的“缺环”。

1911年,古生物学家马修在《气候和演化》一书中,列举种种理由鼓吹中亚高原是人类的摇篮。他认为,中亚因喜马拉雅山的崛起,致使自然环境变得不适宜生存,但对动物演化来说,受刺激产生的反应最有益处,所以这些外界刺激可以促进人类的形成。哺乳动物的迁徙规律常常是最不进步的类型被排斥到散布中心之外,而最强盛的类型则留在发源地附近继续发展,因此在离老家比较远的地区反而能发现最原始的人类。当时发现的早期人类化石如海德堡人和爪哇直立猿人,与这一假说正好吻合。

1927年,中国发现“北京人”化石,之后相继发现了“北京人”制作和使用的工具以及用火遗迹,这一重大发现不仅拯救了爪哇直立猿人,也使中亚起源说更加流行。

1930年,美国古生物学家刘易斯在印巴交界处的西瓦立克山找到一块上颌碎块标本,把它命名为“拉玛猿”。20世纪60年代,古生物学家皮尔宾姆和西蒙斯对林猿类26个属50多个种作综合研究时,注意到拉玛猿形态上的似人特点,认为它可能是人类这一支系的祖先类型,并将它从猿科转到人科中,人类起源南亚说再度兴起。

然而随着非洲早期人类化石和文化遗物的大量涌现,人类起源非洲说重新崭露头角。

在达尔文推测人类起源于非洲时,当时少见化石证据。这种情况在20世纪20年代发生了改变。在南非盛产金钢石的小城金伯利附近,有一个名叫塔恩的地方,那里有许多采石场,在采石时经常发现哺乳动物化石。1924年人们曾发现一具幼年猿类头骨,后经解剖学教授达特的研究,认为它的形态介于人和猿之间,遂将它命名为“非洲南猿”。1936年,在德兰士瓦地区斯特克方丹采石场发现一个成年个体的南猿化石,次年又在一名叫克罗姆特莱伊采石场找到完整的南猿下颌骨和头骨碎片,南猿逐渐引起学术界的认同和重视。但就它是“最接近猿的人”还是“最接近人的猿”,学术界仍有争议。从1931年起,英国考古学家路易斯·利基就在东非大裂谷一个名叫奥尔杜威峡谷的分支部分进行发掘,找到了不少非常原始的石器。它们是用河卵石或砾石简单打制成的,年代是更新世早期。利基夫妇在这里搜索了20多年,终于在1959年7月的一天发现了一具南猿头骨。它比南非粗壮南猿还要粗壮,学名为“鲍氏南猿”,一般称其为“东非人”。通过种种理化测年法测得他的生存年代为距今170万年。

据目前所拥有的化石材料而言,人类的发祥地很可能在非洲,特别是东非地区。

“东非人”及“能人”的发现,不仅揭开了东非地区一系列重要发现的序幕,而且将作为“缺环”代表的南猿,由“最接近人的猿”,一下跃升为“最接近猿的人”或“人类的先驱者。”以利基夫妇为代表的一批学者据此认为人类起源于非洲。

进入20世纪70年代,世界范围内古人类学的重要发现和研究获得了长足的进展。日新月异的科技发展为人们了解自身起源的奥秘打开了一条新的途径。

分子生物学,特别是分子人类学的发展,不仅从微观分子水平上展示了人与其他灵长动物,特别与大猿类密切的血缘关系,而且依据遗传物质的变异度,可以推算出它们分化的大致时间跨度。原先认为人和猿分离的时间大约为距今2000万~2500万年,而通过分子生物学方法的推算,只在距今400万~500万年。

1974年,由美国古人类学家约翰逊领导的多国考察队,在埃塞俄比亚的阿法地区发现了一具保存40%遗骸的被称为“露西少女”的南猿骨架,她的生存年代超过300万年,以后被定名为“阿法南猿”。在阿法地区还曾发现一处埋有13个阿法南猿个体的骨骸,它提供了早期人类群居的证据,所以有人将之称为人类的“第一家庭”。

20世纪90年代,非洲的古人类化石重要发现接连不断。1992年,在埃塞俄比亚的阿拉米斯发现距今440万年的南猿化石,最初被命名为“始祖南猿”,经过进一步发掘与研究,更名为“始祖地栖猿”。1996年,来自13个国家40多位科学家组成的考察队在阿法盆地的中阿瓦什地区,找到了距今250万年的南猿化石。由于它在形态上混杂着接近人和许多不同类型南猿的特点,被认为是连接阿法南猿和早期人属之间的一个新种代表,被定名为“惊奇南猿”。在肯尼亚图尔卡纳湖东岸的库比福拉地区,则相继发现了阿法南猿、鲍氏南猿、“能人”,以及曾被叫做“1470号人”的头骨化石。后者最后被定名为“卢道尔夫人”,距今年代为190万年,并被认为是人属中的最早成员。在湖西岸,1985年曾发现有一具距今250万年的头骨,被命名为“埃塞俄比亚南猿”,他是粗壮型南猿的祖先。1995年在西岸的卡那坡地点发现的距今410万年的原始类型南猿化石,被命名为“湖滨南猿”。令人瞩目的是,它们的下肢骨显示出直立行走的特点,而上肢骨却仍保留着攀援的特点。

大概在距今200万~180万年左右,非洲的“能人”甚至“匠人”走出非洲进入亚洲和欧洲。

早在1907年发现的海德堡人,曾一度被视作欧洲的猿人或是向尼安德特人过渡的类型。1994~1996年,在西班牙北部阿塔普卡地区,发现了80多件人类化石,古地磁年代测定为距今78万年以上,被认为是海德堡人的祖先。而在之前的1991年9月,在格鲁吉亚东南边境一个名叫德玛尼西的地方,发现了一具保存完整齿列的下颌骨,形态呈直立人形,以后又发现比较完整的头盖骨化石,据古地磁年代测定为距今180万年,因而德玛尼西人被认为是非洲以外已发现的年代最古老的直立人化石之一,也是迄今欧洲最早的人化石。

以色列出土的尼人类型的古人类化石也很著名,最近又以早期石制品引人注目。在以色列境内有一条约旦河谷,是东非大裂谷的北延部分。1959年在这里发现乌贝蒂亚旧石器时代遗址。从这个地方上新世至早更新世地层中,出土了大量哺乳动物化石和石制器,据古地磁法测得距今年代约在150万~100万年间。有些学者认为这个遗址是非洲之外最早的直立人文化遗址之一,它的主人可能是刚从“能人”演化而来的早期直立人。

实际上,人类的进化问题远非那么简单,非洲起源说也存在不完善之处。根据现有的各方面的证据,包括化石的、分子生物学的以及古生态学的资料,一般估计人类最早应起源于约700万年前。但目前在非洲发现的人类化石最早仅为440万年前。早于这个年代的人类化石只有零星发现,并且对它们的鉴定还不确定。

此外,在非洲至今还没有找到介于南方古猿属和人属之间的过渡类型。所以,现在还不能肯定非洲是人类最早起源的地方。这样,人类学界有一部分人在考虑是否还有其他的可能性。

3.泾渭分明——人猿差异

(1)人类与类人猿的差异

人类与类人猿虽然有许多相似之处,但是也存在着一些明显差异,因此在分类学上,虽然都属于灵长目,人类被列为人科,而类人猿则被归属于类人猿科。

人类与类人猿的一个主要区别是人类适于两足直立行走。这样,人类的双手就不再是行走的器官,而是可以用来制造和使用工具,人类的许多形态结构特点也都和直立行走有关。

人类的头部位于脊柱的顶端,枕骨大孔接近颅底中央,朝下方;人类的脊柱呈S形弯曲,使身体的重心落在骨盆和后肢上,以减轻人在行走、奔跑或跳跃时的震动;人类的骨盆宽大,髋骨向两侧张开,既便于支撑腹腔的内脏器官,又为臀肌和一些保持人体直立的肌肉提供附着区;人类的后肢长而粗壮,使重心下移,保持稳定性。跟骨增大,足底呈弓状,增强了直立行走时的弹跳力;人类的拇指比任何猿类都大,而掌部相对较短,从而增加了人手的灵活性和动作的准确性。而现代类人猿的前肢长于后肢,身体重心较高,脊柱稍稍成弓状,所以它们行走和站立时多采用半直立姿势。

与类人猿相比,早期人类的食物范围较广,包括植物性食物、昆虫、蜥蜴、鼠类和其他小动物等。火的使用,使得人类的祖先可以先将食物煮(烧)熟,然后再食用,这样就不需要发达的咀嚼肌和硕壮的牙齿对食物进行较多的机械加工,他们的面部也因此而逐渐退化,变得不像猿类那样凸出了。

人类与类人猿的脑不仅大小不同,在结构上也有着明显的区别。人类大脑皮层的面积是黑猩猩的三倍多,而且脑的额叶、顶叶和颞叶都比类人猿的大,这些区域是与感觉、运动的综合以及语言、记忆相联系的。

(2)人类与猩猩的差异

高级灵长类包括人类和与人类亲缘关系最近的动物,如猩猩、黑猩猩、长臂猿、大猩猩、猕猴、猴等,他(它)们又同属于类人猿亚目。

人与猩猩的基因差异比较小,只有大约2%。但是正是这2%的差异使得人与猩猩的智能、行为、心理和生理变得天壤之别。但是从神经语言学、神经心理学等高级神经活动和心理活动来看,人与猩猩和猴子的差距并不是有好几个数量级的差异,而可能是人类的婴儿与成年的差别。

今天,古人类学研究的结果已经证明了中华曙猿是人类的最早的祖先。那么与人亲缘关系最近的灵长类动物猩猩或猴到底与人有多大的差距呢?了解这种差距也许能解开人类进化和智能、行为心理之谜。

4.发现“新大陆”——人类进化论将被改写

目前,肯尼亚科学家发现了新的人类起源化石,新发现有可能会推翻人类进化史理论,人类进化论也将被改写。

以前的人类进化理论认为,现代智人是由直立猿人进化而来,直立猿人晚于能人,是能人的后代。新的研究理论表明:直立猿人与大猩猩比与人类的共同点更多,而且与能人生活在同一时代。

在肯尼亚的图尔卡纳湖畔,考古科学家发现了大约生活在100万年前的两种早期猿人——直立猿人和能人。这是迄今为止发现的最小的一个直立猿人头盖骨;另一块化石是能人的上颚骨,大约生活在140万年前,是目前能人化石中最年轻的一个。而它们的骨骼化石恰好证明了这两种猿人的血亲关系,这一考古发现的特别之处在于,那位直立猿人的年代比能人的还要久远。

现在科学家推测,能人和直立猿人有可能在地球上,也就是在现在的肯尼亚北部地区并存了很长一段时间。

根据科学家对这两块化石的年代鉴定,这两种猿人曾经同时在图尔卡纳地区生活过。它们可以说是两姐妹,但生活在不同的生态环境里。此外,这个直立猿人的头骨很小,比迄今为止发现的同类头骨小得多。科学家认为,这块头骨是一位雌性直立猿人的。而雄性直立猿人的头骨要大得多。这也为现在研究获得了第一个证明直立猿人的直接证据。它的重要性在于,这是一种动物处于较原始状态的证明。

科学家还认为,直立猿人与大猩猩的血缘关系可能比现代人的关系还要近,也包括它们的性行为。最大的区别在于,直立猿人属于滥交型,没有现代人的配偶现象。因此能人不是直立猿人的祖先。

新的发现动摇了至今古人类学家公认的人类进化史理论,这两块化石的发现将改写人类的进化理论。