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D*****r 发帖数: 6791 | 1 撰文/尼娜·G·雅布隆斯基(Nina G. Jablonski)
翻译/董为
灵长类动物中,仅有人类皮肤几乎完全裸露——不论是披着短黑毛发的吼猴(howler
monkey),还是身穿松散铜色“外衣”的红毛猩猩(orangutan),其他灵长类动物身
上都长着浓密的毛发。尽管脑袋和其他部位也有毛发,但与我们的近亲相比,即使体毛
最多的人,皮肤都只能算是裸露的。
我们的体毛是如何脱落的?几百年来,科学家一直在探讨这个问题,但要找到令人信服
的答案并不容易:人类进化史上的大多数标志性转变,比如直立行走(upright
walking),都记录在人类祖先的化石中,但迄今发现的所有化石,都没能留下关于人
类皮肤进化的直接证据。尽管如此,科学家还是在最近几年的研究中发现,化石记录中
含有人类从多毛向无毛转变的间接证据。根据这些线索,以及近十年来基因组学和生理
学上的相关研究,我和同事提出了一套令人信服的理论,阐述人类祖先身上的毛发为什
么会脱落,以及这个过程从何时开始。该理论不仅解释了我们的外貌相对于其他灵长类
动物为什么如此“奇怪”,还暗示在大脑容量、语言能力等人类其他特征的进化上,裸
露的皮肤发挥了非常关键的作用。
毛发的差异
要弄清楚人类祖先的体毛为什么会脱落,我们先得知道其他动物为什么会有毛发。毛发
是哺乳动物特有的皮肤附属物,可作为哺乳动物鉴定分类的依据:所有哺乳动物或多或
少都有一些毛发,而毛发浓密的占绝大多数。毛发不仅能防潮、防晒、防擦刮,抵抗有
害寄生虫和细菌的入侵,还具有伪装功能,有助于迷惑猎食者。根据不同的毛发特征,
动物之间可以相互辨认。哺乳动物还可利用皮毛传达“社交信息”,表明自己的情绪:
如果一只狗本能地将脖子和后背上的毛发竖起,就意味着它在传递明显的警告信号,让
挑衅者离它远点。
尽管具有如此多的重要功能,但某些哺乳动物世系的毛发已经退化,变得稀疏而纤细,
没什么功能。这些动物要么栖息在地下,要么生活在水中。对于裸鼹鼠之类生活在地下
的哺乳动物,向无毛进化是对地下大规模群居生活的适应。由于在地下,裸鼹鼠看不见
同伴,它们的社会活动也只是挤在一起相互取暖,这时毛发的作用就显得多余。鲸鱼这
类海生哺乳动物完全生活在水中,从不上岸,因此裸露的皮肤可以减小水的阻力,有助
于长距离潜游。为了弥补保温层的缺失,鲸鱼拥有厚厚的皮下脂肪。相反,水獭等半水
生哺乳动物则拥有浓密、防水的毛发,可以吸附空气,增加浮力,让水獭更易于向上游
动。在陆地上,毛发还能保护水獭的皮肤。
大象、犀牛(rhinoceros)、河马(hip-popotamus)等大型陆上哺乳动物很容易处于
过热状态,需要散去机体产生的大量热量,因此毛发也在进化过程中逐渐脱落。动物体
型越大,身体表面积与体重之比就越小,散发体内多余热量的难度也就越大(相反,老
鼠和其他小型哺乳动物的身体表面积与体重之比较大,需要努力保留足够的热量)。在
更新世期间(即200万年前~1万年前),犀牛、猛犸(mammoth)以及现代大象的其他
近亲因为生活在寒冷环境中,身体披着长长的毛发,有助于它们保持体温,降低进食量
。而今天,几乎所有大型哺乳动物都生活在闷热环境中,对于这些相对散热面积较小的
动物来说,浓密粗长的毛发将会危及生命。
人类体毛的脱落并不是对地下或水生生活的进化适应(尽管一个广为人知的假说认为,
人类是从水生猿类进化而来的),也不是体型增大的结果,而是为了使人体保持凉爽状
态,这可以从我们的高级出汗机制看出端倪。
散热机制
对于很多哺乳动物(不仅是大型哺乳动物)来说,保持身体凉爽是一个大难题,尤其是
它们生活在燥热环境并因为长距离行走和奔跑而产生大量热量时。它们必须及时调节身
体内部温度,如果过热,一些器官和组织(特别是大脑)就会受到损伤。
哺乳动物用多种策略防止身体过热:犬类选择喘气的方式;大多数猫科动物在晚间凉爽
时段最为活跃;羚羊则把动脉血中的热量转移到已通过呼吸冷却过的小静脉血中。但对
于包括人类在内的灵长类动物来说,出汗是主要的散热方式——皮肤分泌汗水,汗水蒸
发时就会带走体表的热量。这种全身降温机制与蒸发冷却器(也称散热器)的原理相同
,能极有效地防止大脑及身体其他部位因过热而受损。
然而,出汗的方式也不尽相同。哺乳动物的皮肤拥有三种腺体——皮脂腺(Sebaceous
gland)、顶泌汗腺(apocrine gland,也称大汗腺)和小汗腺(eccrine gland),汗
液就是由它们共同制造的。在大多数哺乳动物中,皮脂腺和顶泌汗腺是主要产汗腺体,
位于毛囊基部附近。它们的分泌物会在毛发上形成一层油性的、有时呈泡沫状的混合物
(在奔跑的赛马身上就能看到这样的汗液)。这种出汗方式虽然有助于降温,但降温程
度很有限。美国艾奥瓦大学的小G·埃德加·福克(G. Edgar Folk, Jr.)和同事在20
多年前就证实,当动物皮毛变得潮湿、被黏稠的油性汗液缠结在一起时,散热效果就会
大打折扣。这是因为蒸发发生在毛发表面而非皮肤表面,毛发的杂乱无章阻碍了热传递
。在热传递效率降低,可能威胁机体健康的情况下,动物必须大量饮水,而此时往往又
没有现成的饮用水。因此,在酷热的夏天,如果全身长着毛发的哺乳动物被迫激烈地或
长时间运动,就可能因热衰竭而虚脱。
人类不仅没有毛发,还拥有数量极多的小汗腺(200万~500万个),每天能分泌多达12
升的稀薄水性汗液。小汗腺并非聚集在毛囊附近,而是靠近皮肤表面,通过微小的毛孔
排放汗液。裸露的皮肤,再加上汗腺直接将水性汗液分泌到皮肤表面,而不是聚集于皮
毛上,使得人类可以非常有效地释放过剩热量。2007年,美国哈佛大学的丹尼尔·E·
利伯曼(Daniel E. Lieberman)和犹他大学的丹尼斯·M·布兰博(Dennis M.
Bramble)在《运动医学》(Sports Medicine)上发表论文指出,人类的散热系统非常
高级,以至于在酷暑天举行的马拉松比赛中,一个人可以战胜一匹马。
【毛发的进化】
● 人类的大部分皮肤都裸露在外,这在灵长类动物中绝无仅有。
● 环境变化迫使我们的祖先长距离迁移,以寻找食物和水,毛发掉落正是对这一过程
的适应。
● 通过分析化石和基因证据,科学家弄清了人类祖先皮肤上的毛发何时开始掉落。
● 毛发的脱落,促使人类祖先的大脑容积变得更大,增强了他们的象征思维能力——
在人类进化史上,这是极为关键的一步。
【Tips:为什么“水猿假说”站不住脚】
为了阐释人类裸露皮肤的进化过程,科学家提出过很多理论,其中最引人注意、获得支
持最多的是“水猿假说”:人类进化曾经历过水生阶段。在1960年的一篇科普文章中,
英国动物学家艾利斯特·哈代(Alister Hardy)爵士首次提出该假说,很快就得到英
国作家伊莱恩·摩根(Elaine Morgan)的拥护,后者不断地在她的演讲和作品中宣扬
这个假说。但问题是,这个假说显然是错误的。
水猿假说认为,在700万年前~500万年前,东非大裂谷的出现,使早期人类无法在他们
偏爱的热带森林环境中生存,不得不适应沼泽、沿海和涝原的半水生生活,而且在此度
过了约100万年。摩根认为,人类与水生和半水生哺乳动物拥有一些共同的解剖学特征
,而与稀树草原的哺乳动物不同,这就是人类祖先曾经历过水生时代的证据。这里提及
的解剖学特征包括裸露的皮肤、顶泌汗腺的减少以及皮下脂肪量的出现。
水猿假说有三个站不住脚的地方。首先,在摩根列举的特征中,不同的水生哺乳动物本
身就有很大差别,因此动物体毛的数量与它们的生存环境之间没有直接关系。其次,化
石记录表明,水生栖息地有很多猎食性的鳄鱼和攻击性很强的河马等动物。在与这些猛
兽对峙时,个体很小、自卫能力不足的人类祖先根本不是对手。第三,水猿假说太复杂
。这种假说认为,我们的先祖从陆地生活转入半水生生活,然后再回到全陆地生活。正
如美国印第安纳大学波利斯分校的约翰·H·朗顿(John H. Langdon)所阐述的那样,
对化石记录最直接的诠释是,人类一直生活在陆地上,人类裸露皮肤的进化动力源自气
候变化——它使森林转变为稀树草原。从科学的角度看,最简单的解释往往是正确的。
——尼娜·G·雅布隆斯基
本文选自《环球科学》2010年第3期 封面故事《“赤裸”的真相》
本文作者:
尼娜·G·雅布隆斯基,美国宾夕法尼亚州立大学人类学系负责人,主要研究人类皮肤
的自然历史、双足行走的起源、旧大陆猴的演化和地理分布,以及过去200万年一类哺
乳动物的古生态。她曾在中国、肯尼亚和尼泊尔从事过野外研究工作。
本文译者:
董为,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的研究员,主要研究晚新生代(约2000万
年前以来)哺乳动物的分类和演化、古猿和古人类演化的环境背景、化石标本CT扫描数
据的三维复原及虚拟解剖。他曾与本文作者多次交流或合作,一同发表过关于云南保山
塘子遗址的研究报告。 |
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