0

2
1

文字

分享

0
2
1

人類對自身起源的百年追尋

寒波_96
・2018/02/12 ・3371字 ・閱讀時間約 7 分鐘

人從哪裡來?如今大部分學者的看法是:人類源於非洲。然而兩百年前,支持非洲起源的學者其實只有其中一群而已(雖然包括名人達爾文)。

早期人類演化的家園,東非的圖爾卡納湖畔,200 萬年前想像圖。圖/取自 BBC 〈The remote lake that tells the story of humanity’s birth

人類在追尋自身起源的路上,有著不少有趣的事跡,人類學博士 Paige Madison 的這篇文章〈Imaginary Continents and the Search for Origins: Where Did Humans Evolve?〉便簡單介紹了相關歷史 [1]。本篇文章不全然只有介紹 Dr.Madison 所寫的內容,也加入了筆者所知的不少材料。

早期的猜測:人類起源於亞洲叢林?

一開始,非洲實在不太符合人類家園的想像。與人類型態構造最像的是靈長類動物,解剖學上人類可以視為腦袋變大、直立行走的吱吱。而世界上哪裡的靈長類多樣性最高?亞洲,特別是亞洲南部的叢林一帶。

19 世紀的恩斯特.海克爾(Ernst Haeckel)認為人類起源自亞洲叢林,當時看來是十分合理的推斷;但這卻無法解釋非洲是怎麼一回事?亞洲與非洲之間是印度洋,為了自圓其說,海克爾假設在古早時代,曾經有一塊叫作「Lemuria」的大陸位於印度洋,作為連結亞洲與非洲的陸橋,人類的祖先曾靠著此一陸橋由亞洲前往非洲,只是後來 Lemuria 大陸陸沉,因此難以追尋當初的足跡。

海克爾假設的 Lemuria 大陸,位於印度洋,連結亞洲與非洲。圖/取自 〈History of Creation〉

其實在這時也有人認為是非洲。達爾文在公元 1871 年提出,大猩猩與黑猩猩是現存於世和人類關係最近的親戚,而牠們都住在非洲,所以人類的起源地應該也位於非洲。問題是,儘管猩猩兄弟現在是人類最近親,歷史上卻未必也是如此,搞不好一度還有更像人類的親戚住在其他地方,卻早已滅亡。達爾文承認,要證實人類是非洲起源,需要更明確的化石證據。

在亞洲尋找人類起源證據

人與大猿最像,因此人類的直系祖先應該是由大猿演化而來,配備一些像人的特徵之外,仍有某些型態與大猿類似。為了尋找人類祖先,許多科學家前往各地辛勤工作,歐仁.杜布瓦(Eugene Dubois)1887 年時宣布在東南亞找到「人類」化石,於是亞洲起源論聲勢大振。

杜布瓦找到的是如今被視為直立人(Homo erectus)一支的「爪哇人」;然而爪哇人型態上看來已經太過接近現代的人類,似乎無法代表人類的早期祖先(依照現代的人類演化觀點,亞洲直立人是較早離開非洲的移民後裔,也是智人的旁系,與我們在遺傳上沒有直接的先後繼承關係)。

美中合作 1920 年代在中亞的挖掘行動。圖/取自 美國自然史博物館

除了非洲與亞洲南部以外,也有一派學者主張人類源自亞洲北部,這塊如今大半是草原與沙漠的地區。美國自然史博物館(American Museum of Natural History) 1920 年代贊助不少資金與資源,與中國學者合作,一同在蒙古展開探勘。

現在我們知道,蒙古地理上離人類起源地相當遙遠,所以不可能在此找到相關線索。更糟的是,蒙古沙漠一帶能挖掘的地層,與人類祖先活動的年代實在差異太大,因此計劃一開始的目標——尋找遠古人類,自然是全面失敗、沒能挖到任何人影。不過探索也沒有白費力氣,調查隊找到不少更早以前遺留的恐龍化石,算是意外的收獲;這些工作,也對中國考古發展有不小的意義。

歐洲也有機會?

論及古人類化石的早期研究,當然不能忽略最早問世的古人類——尼安德塔人。歐洲 1856 年出土的尼安德塔人,以及 1907 年的海德堡人(Homo heidelbergensis),都讓人對歐洲起源有所遐想。

一群當年世界頂尖的專家,散發滿身的權威感,架勢十足地檢視皮爾當人,卻沒人察覺這批「化石」是徹徹底底的偽物。圖/John Cooke 作於 1915 年

不甘落於(德國)人後的一些英國學者,也宣稱 1912 年在薩塞克斯「出土」的皮爾當人(Piltdown Man)為人類祖先,可惜「皮爾當人化石」其實是加工過的紅毛猩猩與中世紀人類骨頭。這場徹頭徹尾的騙局,直到 1953 年才被正式揭穿。

非洲!就是你了!

20 世紀初的化石追尋戰況是:歐洲有尼安德塔人,亞洲南部有直立人,亞洲北部沒有人,非洲則出土了南猿。雷蒙.達特(Raymond Dart)1925 年提出,過往認為人類源自叢林的假說是錯的,早期人類應該誕生於開闊的草原,像是他找到了非洲南猿(Australopithecus africanus)的南非。

達特認為,相較於靈長類習慣的茂密叢林,比較缺水又危險的草原環境,才能促進人類直立行走、大腦變大等特徵發展成熟;但是只憑非洲南猿化石,達特的論點當時並不足以服眾。

儘管非洲是人類家鄉的假說可以追溯到達爾文,卻要等到 1960 年代,路易斯.李奇(Louis Leakey)與羅伯特.布魯姆(Robert Broom)等人在東非一系列的發現之後,才提供更加明確的化石證據,支持非洲起源論。

在草地環境活動的南猿想像圖。圖/取自 〈Ancient human ancestor’s teeth reveal diverse diet

隨後愈來愈多各方面證據強化下,時至今日,人類於非洲起源已經是學術界的主流觀點;至少非洲是人類演化過程中重要的發展之地,已是公認的共識。

還是有人出來挑戰非洲起源論

人類非洲起源論,儘管擁有大量證據支持,卻仍三不五時有人挑戰。例如 2 篇去年發表的論文就主張人類起源自歐洲,這又是怎麼回事呢?[2][3]

人類與黑猩猩分家以後,比較接近人類這邊的都稱作「hominin」,因此最早出現 hominin 的地方,也就能算是人類的起源地。已知距今 450 到 700 萬年前這段期間的 hominin 只有 3 種,他們都住在非洲,包括中非的查德猿人(Sahelanthropus tchadensis),東非的圖根猿人(Orrorin tugenensis)、卡達巴地猿(Ardipithecus kadabba)。

卡達巴地猿型態上,和年代稍晚的始祖地猿(Ardipithecus ramidus)相近;始祖地猿又能連結到後來的南猿,而南猿顯然與人屬(Homo)關係密切……以上就是支持人類非洲起源的一系列化石證據。

各種非洲 hominin 的生存年代。圖/取自 PNAS 論文〈The Pliocene hominin diversity conundrum: Do more fossils mean less clarity?

去年發表的論文卻報告,在巴爾幹半島的希臘與保加利亞,出土的 Graecopithecus freybergi 化石重新分析型態後,其臼齒 P4 的牙根型態與卡達巴地猿和南猿接近,但卻不符合不是 hominin 的猿類化石。論文指出牙根型態與功能關係不大,應該能反映親緣關係,若是如此,那麼 Graecopithecus 或許也能被歸類為 hominin;而他生存的年代是 700 多萬年前,比已知最古早的查德猿人更早一些,也就是說,最早出現的人類祖先,誕生於非洲之外。

姑且不論論文跳 tone 的推論過程,與其他可能的解釋,光憑「一個樣本、一項模糊的型態特徵」就想推翻基礎堅固的舊論點,顯然不足。數百到一千多萬年前的古代猿類,我們了解仍很有限,即使 P4 牙根的型態能代表親緣關係,也無法肯定此特徵為 hominin 所獨有。[4]

另一方面,即使 Graecopithecus 確實屬於與人類關係較近的支系,年代又比已知的 hominin 更早,也無法證實他們的直系祖先誕生於非洲之外,hominin 完全也有機會先在非洲出現,隨後才移民到巴爾幹半島。(如何從不是非洲起源,直接跳 tone 到歐洲起源也是一個謎-歐洲跟非洲沒有直接連接,中間還隔著亞洲啊!)

總之,經過一百多年跌跌撞撞探索後建立的人類非洲起源論,目前尚未遭到有力的證據質疑;而不論哪種潛在的替代觀點,都仍然肯定人類演化過程中非洲的重要性。

延伸閱讀:

參考文獻:

  1. Imaginary Continents and the Search for Origins: Where Did Humans Evolve?
  2. Fuss, J., Spassov, N., Begun, D. R., & Böhme, M. (2017). Potential hominin affinities of Graecopithecus from the Late Miocene of Europe. PloS one, 12(5), e0177127.
  3. Böhme, M., Spassov, N., Ebner, M., Geraads, D., Hristova, L., Kirscher, U., … & Theodorou, G. (2017). Messinian age and savannah environment of the possible hominin Graecopithecus from Europe. PLoS One, 12(5), e0177347.
  4. Benoit, J., & Thackeray, F. J. (2017). A cladistic analysis of Graecopithecus. South African Journal of Science, 113(11-12), 1-2.

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

文章難易度
寒波_96
145 篇文章 ・ 317 位粉絲
生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。

0

0
0

文字

分享

0
0
0

看過「水熊蟲」走路嗎?——牠的步態與 50 萬倍大的昆蟲很相似!

Riley Tu_96
・2021/09/17 ・2195字 ・閱讀時間約 4 分鐘

不到一毫米身長的水熊蟲,是一種多細胞微小的生物,在 18 世紀被科學家發現,歸類於緩步動物門,目前全球被發現大約有 1000 種,棲息地在淡水沉積物、苔鮮類的水膜以及少數種類棲息於海水的潮間帶,在喜馬拉雅山脈或深海都可以發現牠們的身影。

聽起來毫不起眼…嗎?那你就錯了,牠可是目前是第一種被認證可在太空中生存的動物,堪稱地表上最強的生物!

水熊蟲在顯微鏡下的樣子。圖/flicker, CC BY 2.0。

環境不太舒適? 那就「假死」一下吧

水熊蟲體長通常在 0.3-0.5mm 左右,擁有頭部和四個體節,身體的表面含有幾丁質(節肢動物外殼的成分),擁有 8 隻腳,末端有爪子、吸盤跟腳趾,在顯微鏡下觀察,看到牠們身形飽滿、動作又笨重,所以被科學家稱為「水熊蟲」。

在 2019 年年 2 月 21 日,以色列的太空船創世紀號墜毀在月球,卻意外發現有大量的水熊蟲在 DVD 大小的鎳片,其實在 2007 年 FOTON-M3 任務,水熊蟲在太空待了十天,隨後回到地球,發現約 70% 的水熊蟲存活,並成功繁衍後代。

水熊蟲可以在乾燥、高溫(約為150 °C)、絕對零度(-272℃),面對輻射以及真空下的環境存活,因為具有四種隱生狀態,低濕隱生、低溫隱生、變滲隱生跟缺氧隱生,面對不利於生存的環境下,牠們會捲縮起來,讓水分排出、暫停身體代謝,處於「假死」的狀態!

科學家們表示微重力和宇宙輻射,對水熊蟲影響不大,未來有望在太空研究中扮演重要的角色!

水熊蟲可以上山下海,不禁讓人心想,那些因太空船墜毀而登上月球的水熊蟲,至今是否還能行動? 

名子有「熊」、長了八隻腳,步態卻像蟲?

最近刊登在「美國國家科學院院刊」(Proceedings of National Academy of Sciences, PNAS)的一項新研究,透過用高速攝影記錄了水熊蟲的移動,意外發現水熊蟲的爬行方式跟比自己大 50 萬倍的昆蟲相似。

通常尺寸像緩步動物門一樣小的生物很少有腳,牠們不走路而只會四處滑動亂竄;水熊蟲卻擁有 8 隻腳,是一種很特別的生物,讓科學家不禁好奇,這麼微小的生物是利用什麼方式移動,於是對牠們進行了研究。

圖/GIPHY

洛克菲勒大學的研究團隊,在顯微鏡下長時間持續觀察水熊蟲,並記錄其行走的步態(走路時身體各部位週期性的動態表現)。研究人員 Jasmine Nirody 表示,水熊蟲在沒有外力干擾下,有時牠們會很冷靜,以每秒半個身長的速度悠閒地漫步;當牠們看到對自己有吸引力的事物,這時會像踩了油門般,加快速度往目標物前進,可以達到每秒兩個身長。

研究團隊從水熊蟲移動的步態,以科學角度來解釋,我們平常走路,腳跟後蹬,此時會產生靜摩擦力,所以水熊蟲的爬行是靠著腳與地面接觸獲得動力,然而當我們行走在不同環境 ( 光滑或粗糙地面 ) ,會受到不同壓力、產生靜摩擦力不同,不過牠們的肢體協調很靈活,不管在大海或沙漠,牠們都會去應變不同環境!

水熊蟲跟昆蟲、甲殼類動物很相似,牠們都是在不同速度下步態相同,而脊椎動物會依據不同的速度改變其步態。

對此,研究團隊有兩種解釋,第一種是緩步動物可能跟螞蟻或是果蠅這類昆蟲或其他節肢動物有演化上的共同祖先,甚至有相似的神經迴路;第二種可能性是緩步動物和節肢動物並沒有共同的祖先,這兩類不同群體的生物為了生存,而進化出相同的行走。

但這只是兩種假設性說法,到底答案是什麼,還需要科學家們進一步研究。

水熊蟲的一小步,是科技上的一大步

水熊蟲的研究除了對動物運動學有很大的進展,科學們之後有望研究出,微小尺度行動的機器人!

某種水熊蟲的雌蟲。圖/WIKIPEDIA, by Gąsiorek P, Vončina K。

例如 2020 年美國康乃爾大學跟賓夕法尼亞大學的研究團隊,設計出小於 0.1 毫米的微小機器人,一塊晶片上就可以製造出約一百萬個機器人。

從 4 吋晶圓切下的一塊晶片上,表面約有 100 萬個微型機器人。圖/參考資料 4

這個微小型機器人由矽太陽能光電材料製作的簡單電路,跟四個電化學執行器製成的腳組成。研究團隊把機器人放在 200 微伏電壓、10 奈瓦功率的雷射光照射,從顯微鏡下觀察,會發現這些機器人在液體中游動。

這些機器人目前只能移動,其他功能還需要開發,水熊蟲的研究對微小型機器人的設計有很大的幫助,如果機器人再經過改良,在醫學上也有幫助,例如:運送藥物、人工受精、執行組織切片或微型手術等,雖然當中也有風險,需要經過跨領域的專家協助,找出適合臨床的使用。

除了微小型機器人,也對仿生機器人有幫助,其中昆蟲機器人考量到複雜機構學、運動學、動力學、昆蟲步態等研究,未來昆蟲機器人朝向以微小尺度、可進入角落或縫隙、環境監測等目標前進!

參考資料

  1. Creature Survives Naked in Space, SPACE.com
  2. ‘Water bears’ are first animal to survive space vacuum, New Scientist.
  3. The physics behind a tardigrade’s lumbering gait, Science Daily.
  4. Electronically integrated, mass-manufactured, microscopic robots, Nature.

Riley Tu_96
4 篇文章 ・ 7 位粉絲
一個喜歡涉略很多事物,卻被物理耽誤的女子。
網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策