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人類祖先何時開始用雙足行走?

2024-08-15科學
參考訊息網8月14日報道 據英國【新科學家】周刊網站報道,在人類前進演化史上,700萬年前到400萬年前的那段時間是一個稍微有些模糊的階段。基本上存在4個數據點:生存於700萬年前的查德沙赫人、生存於600萬年前的圖根原人,以及分別生存於560萬年前和440萬年前的兩個地猿物種。人類對每個物種的了解都來自少量並不完整的化石。對一段長達300萬年的時期來說,這些化石算不上很多。相比之下,源自過去50萬年的尼安德特人遺址就有數十座。
這意味著,我們擁有的來自這個人類前進演化模糊階段的少量化石具有格外重要的意義。關於它們的每一條詳細描述都會被仔細審視,並被無休止地討論。
化石意義重大
盡管是已知最古老的人族動物,但查德沙赫人被發現的時間相對較晚。一個以法國普瓦捷大學研究人員為主的團隊最早於2002年對其進行了描述。遺骸化石發現地位於非洲中北部的查德沙漠。那裏距離曾出土過許多著名化石的東部非洲國家(比如衣索比亞和坦尚尼亞)十分遙遠。
研究人員主要發現了一塊被命名為「圖邁」的頭骨。在【新科學家】周刊當時的報道中,撰稿人傑夫·赫克特說,它與任何現代類人猿沒有相似之處,「不過其身體和大腦的大小與現代黑猩猩相當,面部則截然不同,長有巨大的眉骨和小得多的犬齒」。研究人員還發現了一些牙齒和頜骨碎片。
他們當時沒有找到腿骨。這一點令人遺憾,因為腿骨應該能告訴我們查德沙赫人是如何行走的:它像我們人類一樣用雙足行走嗎?還是像黑猩猩那樣用四肢爬行?抑或采用某種完全不同的行走方式?
發表論文介紹查德沙赫人的法國研究人員認為,這是一種兩足行走動物。其依據主要是頭骨的底部以及其與脊椎的接合方式:看上去頭骨直接位於脊柱頂部。與之相反,在類人猿等的骨架中,頭骨與脊柱形成一定角度。這是一種有趣的論點——但遠非令人信服。
在過去20年的大部份時間裏,這種論點很大程度上成為相關研究陷入停滯的原因。這有點不可思議,因為實際上人類已經發現了肢骨化石:最初的團隊曾發現一根股骨和兩根尺骨(前臂骨)。普瓦捷大學學生奧德·貝熱雷-梅迪納2004年確認該股骨屬於查德沙赫人。她的導師羅伯托·馬基亞雷利支持她的看法。不過,他們被禁止進一步研究這塊骨頭。
2018年,這兩人曾試圖在普瓦捷大學召開的一次會議上公布他們自己對這根股骨的分析結果,但遭到會議主辦者的阻撓。
次年,馬基亞雷利和貝熱雷-梅迪納向英國【人類前進演化雜誌】送出了一篇有關這根股骨的論文,並最終在2020年11月發表。論文的關鍵論點是,這塊查德沙赫人股骨是彎曲的。這種特征常見於黑猩猩等類人猿,卻不是人們預想中的直立行走人族動物的特征。我們人類的腿骨是筆直的,因為它們需要像柱子一樣支撐身體的全部重量。我曾向兩位獨立古人類學家——包括圖根原人的發現者——請教,他們一致認為,查德沙赫人看起來不像兩足行走動物。
不過,在沈默多年後,最初的普瓦捷大學研究團隊決定發聲。2020年9月,即馬基亞雷利和貝熱雷-梅迪納的新論文發表前兩個月,以法蘭克·蓋伊(他是發表於2002年的有關查德沙赫人的原始論文的共同作者)和紀堯姆·達韋爾為首的普瓦捷大學研究人員釋出了一篇預印本論文,該論文最終於2022年發表在英國【自然】周刊上。
蓋伊與同事特別提到了那根股骨的若幹特征,他們認為這些特征暗示其所有者是兩足行走動物。例如,股骨骨幹較厚的區域與現代人類的特征相似,卻與類人猿不同。此外,在「股骨頂部與臀部肌肉相連的地方存在粗糙的表面」。
那麽,這一公案可以就此了結嗎?未必。
難以得出結論
今年6月,包括馬基亞雷利和貝熱雷-梅迪納在內的一個研究團隊在【人類前進演化雜誌】上發表論文以作出回應。該論文逐個反駁了蓋伊和達韋爾論文的論點。
新論文的作者之一、法國波爾多大學的克雷芒·紮諾利說:「在我們看來,他們論文中的分析大多數沒有顯示任何兩足行走的跡象。」達韋爾和蓋伊聲稱的只存在於晚期兩足行走人族動物身上的特征,實際上存在於一些並非兩足行走動物的更古老類人猿物種身上。
例如,股骨頂端有一個與骨盆相合的球狀突出結構。在查德沙赫人股骨上,該球狀結構缺失了。但我們的確找到了位於其下方的結構,包括名為「股骨距」的幫助支撐身體重量的部位。
紮諾利說:「這曾被認為是兩足行走動物的標誌。」達韋爾和蓋伊把股骨距的存在和形狀解讀為查德沙赫人習慣用雙足行走的證據。
但紮諾利說,「這一特征實際上也存在於非洲類人猿和許多靈長目動物身上」,因此它對於確定某個物種是否為兩足行走動物並沒有幫助。
紮諾利團隊還重新分析了那兩根臂骨,以便估計查德沙赫人手臂和腿的相對長度。與用四肢爬行的類人猿相比,兩足行走人族動物擁有相對較長的腿部和較短的手臂。因此,這是能表明查德沙赫人如何行走的另一條線索。以這一標準來衡量,該研究團隊發現,查德沙赫人與現代大猩猩和紅毛猩猩最為相似,而與南方古猿或直立猿人等兩足行走人族動物大相徑庭。
這篇論文還分析了其他問題,但讀者很可能已經領會了要點。總體資訊是:我們擁有的少量查德沙赫人四肢化石無法就其習慣於用雙足行走提供確鑿證據。紮諾利說:「通常無法將它與非洲類人猿區分開。」
此時此刻,你會納悶2022年論文的作者們對於這一切有什麽要說的。恐怕你得繼續納悶下去,因為蓋伊拒絕發表評論。他告訴我,他和同事正在撰寫一篇將發表在同一期刊上的回應文章,預計將在「8月前」完稿。在完稿之前,他不願討論研究結果。
與此同時,紮諾利的一些同事正在加緊分析這些骨頭的電腦斷層掃描(CT)結果。但不是全部同事,因為某些團隊成員——包括紮諾利本人——被查德政府禁止研究這些化石。紮諾利稱這種情況極不尋常:「在我到過的大多數國家,研究化石相當容易,或者至少是可能的。」
骨架的其他部份也可以提供更多線索。紮諾利說:「我認為,應該進一步研究牙齒。」
探索模糊時期
最後,讓我們暫時告別查德沙赫人化石的細枝末節,把它們放入完整背景中。
第一步,假設紮諾利及其同事是對的。這就意味著,查德沙赫人不是兩足行走動物,甚至可能不是人族動物。這並不意味著,它突然變成了令人乏味的化石。它反而會變得更加重要。
這是因為查德沙赫人將成為代表非洲類人猿前進演化的關鍵化石。我們對這一過程幾乎一無所知。紮諾利說:「打個比方,如果它是大猩猩的祖先,那麽也很了不起,因為我們還沒有大猩猩祖先的任何化石。」
往廣了說,它將有助於找到屬於700萬年前到400萬年前這段模糊時期的更多人族動物和類人猿化石。紮諾利說,部份問題在於,當時的非洲中部大部份是熱帶雨林,且其中一些地方至今仍是熱帶雨林:而在這樣的地方,化石往往保存不下來。盡管如此,有一些很有發掘前景但沒有得到足夠調查的地方,例如查德。
當下,化石檔案中的這一空白成為引人入勝但未經證實的猜測物件。兩足行走動物究竟是何時何地前進演化出來的?它們是僅由類人猿的某個世系前進演化而來嗎?還是存在多個相互獨立的前進演化路徑?是何種前進演化壓力導致兩足行走人族動物出現?
目前我們甚至不能肯定兩足行走這一特征是在非洲前進演化出來的。人們很容易有這種想法,因為即便不考慮查德沙赫人,我們所知最古老的兩足行走人族動物也來自非洲。今年5月發表的一項研究對已知人族動物和古猿化石的發現地及它們之間的疑似關系進行了整合。結論是,同時包含黑猩猩和人族動物的族群很可能發源於非洲中北部。
但動物會四處遷徙,尤其是在數百萬年的時間裏。盡管類人猿起源於2600萬年前的非洲,但氣候變遷意味著,它們在漫長的時間裏更為廣泛和散亂地分布於歐亞大陸,後來多半又重返非洲。少數研究人員聲稱,早在1160萬年前歐洲類人猿就有了用雙足行走的跡象。希臘特拉奇洛斯島上也留有類似人族動物的腳印,它們有605萬年的歷史——比查德沙赫人晚100萬年。
至於兩足行走這一特征前進演化出來的方式和原因,我們不得而知。但這並沒有阻止人們提出各種假設。今年3月發表的一篇論文暗示,人族動物和其他非洲類人猿的最後共同祖先曾在歐亞大陸生活,但某個大事件把該族群一分為二,隨後兩個群體獨自完成了前進演化。
是什麽樣的大事件?當然是「贊克爾期大洪水」。在大約600萬年前到530萬年前,地中海幾乎完全幹涸。連線地中海與大西洋的直布羅陀海峽見底。地中海漸漸蒸發殆盡,留下一個個高濃度鹽湖。
之後,在大約530萬年前,直布羅陀海峽重新形成——大西洋的海水大量湧入。某個重構模型估計,重新註滿地中海流域用了「數月到兩年時間」。這即便算不上末世大海嘯,速度也相當快了。
學界認為這場「贊克爾期大洪水」把某個類人猿或人族動物族群阻斷在阿拉伯半島上,其他族群則得以到達非洲,這造成了前進演化上的分裂。今年5月,另一支研究團隊把地中海的幹涸和再現與太平洋構造板塊的行為變化聯系起來。按照這一觀點,兩足行走特征(或人族動物)的前進演化受到最大規模地質過程的推動。
查德沙赫人頭部復原圖(美國史密森學會網站)