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箕形門齒 X 美洲原住民 X 母乳——這三者源自冰河時期的神秘關係是?

寒波_96
・2018/05/22 ・4784字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 566 ・九年級

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東亞人常見,美洲原住民都有的「箕形門齒」

大家或許有聽過「箕形門齒(shovel-shaped incisors)」,箕是鏟子的意思,簡單來說,就是門齒上有個像是鏟子形的型態。有些資料會說箕形門齒是「漢人」的特徵,嗯……不要太吹毛求疵的話,倒也不是不能這樣講,只是這樣說的意義不大;還有些資料會說是「純種漢人」特色,這就是無稽之談了。

一般門齒與箕形門齒(右)的比較。source:Shovel-shaped incisors and the morphology of the enamel-dentin junction: an analysis of human upper incisors in three dimensions.

另外也有個流傳已久的傳統論點:東亞的現代智人和古代的直立人(如北京人)都配備箕形門齒,因此兩者間必有血緣關係。這部分我們之後再來討論,先來看比較確定的事實。

箕形門齒廣泛分佈在現代的東亞族群中,若以現代族群分類歸納的話,箕形門齒並不是「漢人」的專利,韓國、日本人配備此一型態門齒的比例也相當高;整體來看,現代東亞族群約有 40% 的人擁有箕形門齒。不只有現代,此一特徵在東亞大陸各處、或是台灣的史前遺址(如烏山頭遺址 [1])中也很常見;能說是從古到今,很多東亞居民都擁有箕形門齒。

儘管如此廣泛,東亞人擁有箕形門齒的比例還遠不及美洲原住民;在尚未與歐洲人接觸前的美洲族群,有箕形門齒特徵的比例逼近100%。而在非洲與歐洲族群中,箕形門齒的比例則非常非常低;所以此一牙齒型態,算是所有美洲原住民與部分東亞人,有別於其他族群的特色。[2]

箕形門齒。圖/取自〈 Did last ice age affect breastfeeding in Native Americans?

箕形門齒與 EDAR 基因之間的糾葛

從上述我們可知,牙齒的型態在不同的族群會有所不同,但究竟箕形門齒是如何產生的?

遺傳學研究指出箕形門齒比較不受環境影響,不過它與EDAR(全名 ectodysplasin A receptor)基因高度相關:假如此基因序列上的第 370 號氨基酸,由纈胺酸(valine)改變為丙胺酸(alanine),那麼就會讓門齒變成箕形。[3]

非洲、歐洲族群則幾乎不存在箕形門齒,EDAR 基因的第 370 號氨基酸也多半是纈胺酸;而在美洲原住民與東亞族群中,此一位置是丙胺酸(可以以 EDAR V370A 表示)的比例很高。過去曾有研究估計過此一遺傳變異大約在 3 萬年前誕生,世界上兩群人間差異如此巨大,許多學者認為是受到天擇影響。

那到底箕形門齒,是否曾替東亞與美洲人帶來什麼好處呢?

各地族群中,EDAR 基因 配備 V370A 變異的頻率,黃色代表 A,紫色表示 V。圖/取自 ref 2

等等等等,為什麼在演化上帶來好處的會是箕形門齒呢?不就是顆怪怪的門齒能有什麼功用呢?基因型與表現型的關係十分複雜,許多表現型受到不只一個基因型影響;反過來說,一個基因型往往也會影響很多表現型。在這個案例中,箕形門齒深受 EDAR 基因變異的影響,然而會被 EDAR 影響的特徵,箕形門齒只是區區一種。

EDAR 基因的蛋白質產物,涉及一條很重要的生化反應路徑:NF-ĸB 訊息傳遞路徑。目前已知 EDARV370A 變異影響非常廣泛,除了門齒箕形度,還有毛髮、臉部型態(至少耳垂與下巴)、汗腺(密度變高)、乳腺(分枝變多),以及門齒以外的一些牙齒型態等等。EDAR 涉及的每一項特徵,都可能是天擇力量作用的目標。[4][5]

不論住在何地、何時、任何環境的美洲原住民,近乎 100% 擁有箕形門齒,由此可以推論,每個人遺傳上都配備 V370A 變異。為什麼比例會如此極端地高呢?合理的假設是,EDAR 基因一度對於美洲原住民的祖先十分重要,只有配備 V370A 變異的個體才能留下血脈,沒有的都在歷史洪流中慘遭淘汰了。

問題是,受到 EDAR 基因型影響的表現型這麼多,哪一項才有那麼大的影響力?

最近發表的論文認為,問題關鍵在:母乳!

媽媽餵母乳!圖/取自 rachelsremedy

當美洲原住民的祖先,仍住在冰河時期的白令時

在談論為什麼是母乳前,讓我們先話說從頭:所有美洲原住民共享的特徵,很可能可以追溯到所有美洲族群尚未分家以前,共同祖先的時期。遺傳學研究估計,美洲原住民與西伯利亞族群大概分家 2 萬多年;那時是冰河時期,白令地區還不是海峽,而是可以直接走路通過的陸橋。[6][7]

在此之後,美洲原住民的祖先由白令進入美洲。有些跡象顯示,美洲原住民的祖先在白令地區住了相當一段時間,或許有好幾千年之久,之後才大舉南遷,四散各地。冰河時期白令的環境,很可能就是關鍵。

白令生活想像圖。圖/取自〈 Research reveals evidence of new population of ancient Native Americans

陽光中的紫外線與維生素D 有關,而維生素D 對健康不可或缺;一般狀況下,人的皮膚吸收紫外線後,能自行生產足夠的維生素D。人類祖先離開非洲,移民高緯度之後膚色變淡,和高緯度陽光弱,皮膚需要更多紫外線生產維生素D,應該很有關係。

然而,白令的緯度更高、陽光更弱,幾乎沒什麼紫外線;假如長期住在此處,膚色再淡恐怕也無法彌補紫外線過低的問題。所幸即使沒有日曬,人類仍能由飲食中獲取維生素D,美洲原住民的祖先藉由飲食補充維生素D,得以免除滅團的命運。

在沒有陽光的日子,寶寶靠母乳補充維生素D

但是有一種人沒辦法吃東西,那就是剛出生的寶寶。營養匱乏的古代,母乳對寶寶發育相當重要,在白令可能更加重要,因為母乳是寶寶唯一的營養來源;無法吃東西的寶寶,只能透過母乳攝取維生素D 維持健康、順利長大。女生的 EDAR 基因若是配備 V370A 變異,乳腺分枝會變多,將能分泌更多母乳。

乳腺、母乳產量、維生素D、長鏈不飽和脂肪酸,以及 EDARFADS 基因,之間可能關係密切。圖/取自 ref 2

論文推論,在白令特殊的環境下,能增量母乳的遺傳變異 EDAR V370A,將能帶來無與倫比的演化優勢,因此席捲了 2 萬多年前,住在白令的小小族群;而箕形門齒,是配備此變異的間接產物。等到後來白令居民南遷,分家發展出美洲各地的族群以後,即使環境已經與當年不同,仍保持此一特徵。

要提醒各位讀者的是,這套觀點講起來合理,不過仍需更多證據支持。論文提出一項佐證是,還有一個基因與 EDAR 狀況類似,那就是負責合成不飽和脂肪酸的「脂肪酸去飽和酶 FADS」(全名 fatty acid desaturase)。

也許還要脂肪酸?

2014 年發表的論文報告,住在格陵蘭的伊努特人,去飽和酶的基因序列和中國漢人、歐洲人不太一樣。那時推論是,伊努特人此一基因受到天擇作用,有助於他們適應缺乏穀物,富含大量動物性油脂的高油飲食。[8]

然而 2017 年發表的論文,驚覺上述假說有問題!不論住在哪裡,幾乎所有美洲原住民族群中,都有很高比例的去飽和酶基因配備該變異;可是只有伊努特人住在冰天雪地,吃很多魚和海豹,其他美洲居民卻都不是,表示美洲族群的去飽和酶,和其他人的差異,或許與伊努特人的特殊環境無關。[9]

會不會與白令經歷有關呢?去飽和酶基因改變,會影響不飽和脂肪酸的生成。不飽和脂肪酸,如 DHA、EPA,會影響神經發育與許多生理反應,這回論文的推論是,美洲原住民祖先還住在白令時,不飽和脂肪酸也相當關鍵。和 EDAR 一樣,在冰河時期的特殊環境中,有利的去飽和酶遺傳變異,席捲白令的小小族群,使得特定版本的去飽和酶和 EDAR 一樣,成為日後美洲原住民的標準配備。

與伊努特人一致的去飽和酶基因版本,在各地族群的分佈頻率。圖/取自 ref 9

至於是怎麼個影響法,目前不適合遽下定論。EDAR 一個基因就會影響許多表現特徵,反過來說,就是很多外在表現都有機會影響 EDAR 的演化,而去飽和酶也是如此,根據已知線索,仍難以判斷天擇對去飽和酶的作用目標。

EDAR 基因 x 箕形門齒 x 北京人?

東亞族群中,EDAR V370A 的比例很高,應該也是受天擇影響所致,不過原因未必與美洲原住民相同。如前所述,EDAR 受到許多生理、型態特徵影響,在不同年代、不同環境條件之下,未必只會受到一種外力驅使。

如今可以確定,智人的箕形門齒與 EDAR 基因息息相關。遺傳學估計此一變異起源於數萬年前,若估計正確,那麼智人的箕形門齒,和直立人這類非智人的古人類親戚,之間大概沒什麼直接關係。當然還是有遠古混血的可能性,儘管機率很小,目前仍無法排除。

北京人牙齒化石,最左邊是門齒。圖/取自 ref 10

純論型態,今年有一篇全新發表、關於北京人的論文〈The fossil teeth of the Peking Man〉,研究納入了許多非智人與智人族群與北京人一起比較,分析牙齒的型態差異。論文內文有提到北京人化石中,門齒的箕形化(shoveling),也提到此一型態亦見於其他東亞直立人,例如和縣(Hexian)人的化石。[10]

然而,整篇論文完全沒有提及北京人的箕形門齒,與現代東亞族群有任何關聯性。我不是型態專家,不過由這篇論文連一句都不提看來,古代直立人,與今日東亞人的箕形門齒比較,或許並非正經的古人類學家目前關心的問題。

智人的門齒是否箕形受到 EDAR 高度影響,我們不知道直立人是否也是如此,不過智人與直立人差異不是太大,假如直立人的 EDAR 基因影響力和智人類似,也不是太過驚奇(例如對汗腺、毛髮的影響,連用老鼠當實驗動物都能見到)。

EDAR 在智人的演化狀況推論,很多因素都有機會間接造成箕形門齒,因此即使觀察到不同族群,都有箕形門齒此一型態,也無法證實它們有著共同的起源,甚至不需要有一樣的起因。

劃重點:

1. 門齒箕形與否,受 EDAR 基因變異影響。

2. 美洲原住民 100% 配備箕形門齒,或許能追溯到冰河時期,東亞版 EDAR 能增加母乳產量所致。

3. 美洲原住民的箕形門齒,是天擇作用後的間接影響。

4. 美洲族群中的脂肪酸去飽和酶,可能和 EDAR 基因狀況類似。

5. 東亞直立人,如北京人的箕形門齒,很可能與智人沒有關係。

6. 人類的演化歷史,何其複雜。

延伸閱讀:

參考文獻:

  • 1. 台灣史前文化的奧祕:烏山頭的史前人
  • 2. Hlusko, L. J., Carlson, J. P., Chaplin, G., Elias, S. A., Hoffecker, J. F., Huffman, M., … & Scott, G. R. (2018). Environmental selection during the last ice age on the mother-to-infant transmission of vitamin D and fatty acids through breast milk. Proce
  • 3. Park, J. H., Yamaguchi, T., Watanabe, C., Kawaguchi, A., Haneji, K., Takeda, M., … & Hanihara, T. (2012). Effects of an Asian-specific nonsynonymous EDAR variant on multiple dental traits. Journal of human genetics, 57(8), 508.
  • 4. Kamberov, Y. G., Wang, S., Tan, J., Gerbault, P., Wark, A., Tan, L., … & Powell, A. (2013). Modeling recent human evolution in mice by expression of a selected EDAR variant. Cell, 152(4), 691-702.
  • 5. Peng, Q., Li, J., Tan, J., Yang, Y., Zhang, M., Wu, S., … & Jiao, Y. (2016). EDARV370A associated facial characteristics in Uyghur population revealing further pleiotropic effects. Human genetics, 135(1), 99-108.
  • 6. Raghavan, M., Steinrücken, M., Harris, K., Schiffels, S., Rasmussen, S., DeGiorgio, M., … & Eriksson, A. (2015). Genomic evidence for the Pleistocene and recent population history of Native Americans. Science, 349(6250), aab3884.
  • 7. Moreno-Mayar, J. V., Potter, B. A., Vinner, L., Steinrücken, M., Rasmussen, S., Terhorst, J., … & Reuther, J. D. (2018). Terminal Pleistocene Alaskan genome reveals first founding population of Native Americans. Nature, 553(7687), 203.
  • 8. Fumagalli, M., Moltke, I., Grarup, N., Racimo, F., Bjerregaard, P., Jørgensen, M. E., … & Christensen, C. (2015). Greenlandic Inuit show genetic signatures of diet and climate adaptation. Science, 349(6254), 1343-1347.
  • 9. Amorim, C. E. G., Nunes, K., Meyer, D., Comas, D., Bortolini, M. C., Salzano, F. M., & Hünemeier, T. (2017). Genetic signature of natural selection in first Americans. Proceedings of the National Academy of Sciences, 114(9), 2195-2199.
  • 10. Xing, S., Martinón-Torres, M., & de Castro, J. M. B. (2018). The fossil teeth of the Peking Man. Scientific reports, 8(1), 2066.

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維生素 D 與免疫力有關嗎?何美鄉的新書這樣解釋——《從一個沒有名字的病開始》
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・2022/11/15 ・3031字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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一項針對參加冬季訓練的跆拳道選手所進行的研究[2],探討了維生素 D 與呼吸道感染的關係。科學家確定選手們血液中維生素 D 稍微缺乏後,將其隨機分組,一組給維生素 D 5000 IU/日,另一組給安慰劑。四週內,有吃維生素 D 那組的上呼吸道症狀明顯減少很多。類似的維生素 D 臨床試驗,在 20 世紀就已被執行過,且證實在冬天給予維生素 D 補給的人,會比沒有補給的人,較少出現呼吸道感染症狀。

維生素 D 的天然來源需透過陽光照射。圖/Envato Elements

不論是人體本來就具備的免疫反應,或是藉由疫苗的刺激來產生抗病毒的特異性免疫反應,都需要正常運作的免疫功能。想像人體是一座大工廠,免疫反應是我們的防護罩,要提供防護罩足夠的能力抵禦外來病毒,勢必要供給它足夠的能量。而我們體內的多種維生素(含維生素 D 在內),就是維持這些免疫機制正常運作的重要分子。例如,維生素 A、β-胡蘿蔔素可以維持我們上呼吸道黏膜濕潤,降低病毒附著的機率;維生素 D 可以活化我們體內的免疫細胞,促進免疫反應;鋅可以調節免疫細胞,甚至具備干擾 RNA 病毒複製的能力。

所以多種微營養素,包含維生素 D,皆與免疫功能相關[3]

若是身體工廠缺乏了這些維生素、礦物質,我們就要想辦法把它補滿、補齊,這樣一來,當我們注射了疫苗,也比較容易使每一個免疫反應的步驟最佳化,更可以降低感染後重症的風險。

幫助新冠病患對抗病毒的神奇療方

西班牙巴塞隆納有一家醫院(Hospital del Mar)把新冠病人分成實驗組(447 人)與對照組(391 人),所有病患除了接受當時醫療體系可以提供的最適當療法之外,實驗組還多添加了一個口服療方[4]

之後,院方持續追蹤病人的身體狀況 30 天,結果顯示(單變項分析),對照組有 20.9% 需要住進加護病房,實驗組只有 4.5%,死亡率則是 15.9% 與 4.7% 之別。

以多變項分析來看,在年齡、性別、入院時血液中的維生素 D、其他疾病等變因受到控制之下,醫生發現,實驗組需要進加護病房的風險減了 87%,風險是對照組的 0.13;死亡率減了 70%,死亡的風險是對照組的 0.30。

這是什麼神奇的療方?效果豈不是比瑞德西韋所公布的臨床試驗的結果更好嗎?我們看瑞德西韋最終的臨床實驗效果是:治療組在第 29 天的死亡率為 11.4%,相對於對照組 15.2%,只減低了 3.8%。

這並不是藥物治療的實驗,此研究實驗組的受試者,只不過是被醫生多添加了維生素 D 的攝取而已。這些人是經過篩選後,剔除了平時有常規攝取維生素 D 補劑的人。所以醫生所做的事,不過就是幫這些明顯缺乏維生素 D 的人補上而已。

但維生素 D 並不是多吃多好,本來就缺乏的人,補上了當然會更好,不缺的自然也就不用補。至於這個實驗如何控制維生素 D 的劑量呢?以口服的維生素 D3 來說,入院第一天醫生就會給 532ug,之後在第 3、7、15、30 天給 266ug,算是短期內高劑量的補給。

維生素 D 如此重要,為何至今仍未列入治療新冠病人的指引?甚至確診病人入院時,都沒有將檢測血液中維生素 D 的濃度列入常規檢驗項目,以做為治療指引?為什麼?

因為醫生們有潔癖,要百分百無誤才能列入醫囑。況且醫師不知道要如何訂定給予營養素的指引。

比起藥物臨床試驗的嚴謹度,至今維生素 D 是沒有足夠嚴格的實驗資料可以引用。但從另一個角度來看,如果在營養師的建議下,補一補原來就缺乏的營養素,不是應該的嗎?況且可能很有幫助。

以台灣人普遍缺乏維生素 D 的情形來看,約 30% 國人血液中的維生素 D 少於 30ng/mL(建議的正常值)。若要減低癌症或心血管疾病的發生率,有些學者認為維生素 D 的濃度最好介於 50~70 ng/mL,甚至更高可能會更好。在如此缺乏的情況下,由營養師建議補充,是不是可以對我們的健康帶來長遠且正面的影響呢?

或者更進一步,把血清營養素檢驗,列為健保給付的常規體檢項目。缺乏者可取得營養師諮詢,如此更具預防功能。

維生素 D 與你的長期健康息息相關

我們對於因為新冠病毒感染而重症、死亡的人,總是會尋找各種理由加以解釋。但從流行病學的角度,找到可被改變的因子、降低國人新冠重症率與致死率,才是重要目標。

新冠疫情固然趨緩,但病毒會持續存在。對大部分的人而言,因為接種過疫苗,或因重複感染而有足夠的免疫力,就算感染新冠病毒,最多就是出現嚴重的上呼吸道症狀。

但你有沒有想過,那些無症狀的人與嚴重症狀的人,差異在哪裡?兒童感染都是以無症狀、輕症居多,為什麼?是否重症者與孩童的差別,在於體內尚未老化的免疫力?

再想一想,我們總是要先讓免疫力能夠維持正常運作,才有機會讓它不老化或延遲老化。而包括維生素 D 在內的多種維生素,正是維持免疫力正常運作的重要因子。有什麼理由不正視我們缺乏維生素的事實呢?況且從全國健康營養調查報告來看,我們缺的不只是維生素 D!

此時,我們必須更徹底地檢討我們的生活模式,尤其是飲食習慣。或許整個社會對於健康生活模式的執行,並不是一個很友善的環境,比如說高纖、低升醣指數的健康食物,需要花時間尋覓,常常一時找不到只好隨便吃,而可口的高糖、高熱量又不健康的食物,卻是滿街都在誘惑你。

滿街可口的高糖、高熱量又不健康的食物都在誘惑著我們。圖/Pixabay

我們的下一代生來就處在這樣不健康的生活模式中,未來只會更難翻身。而且不要懷疑,所有慢性病的發病年齡都在年輕化,原因正與我們逐漸惡化的生活模式息息相關。

在許多營養調查的報告中,其實各年齡層皆呈現不同程度的營養不足,為什麼我們只專注於兒童?因為這件事攸關我們大人沒有努力維護「兒童健康權」,他們在沒有選擇的情況下,就被賦予不健康的生活模式。當然,父母無辜,他們在非故意的狀況下讓小孩吃得營養不足;但公共衛生學界看見了,卻沒有作為,這就非常違反專業良知了。

新冠疫情不會是最後一個全球大流行。整體健康環境似乎趨向緩慢沉淪,對人類健康的負面影響就像是溫水煮青蛙,只會一代一代逐漸惡化。

在疫情蔓延的過程,我們經歷了親人離世、醫護人員損傷等慘痛經驗,也讓我們因此看見新冠重症的風險共病。而這些其實很多都可以透過行為、生活模式的調整,就能預防或延緩發病。

隨著疫情就要結束,我們是否可以用一種更前瞻性、永續性的思維,重建已經被我們破壞的一切?

——本文摘自《從一個沒有名字的病開始》,2022 年 11 月,商周出版,未經同意請勿轉載。

參考資料

  1. Chen CM, Mu SC, Chen YL, Tsai LY, Kuo YT, Cheong IM, Chang ML, Li SC. Infants’ Vitamin D Nutritional Status in the First Year of Life in Northern Taiwan. Nutrients. 2020 Feb 4;12(2):404.
  2. Jung, et al.. Vitamin D3 Supplementation Reduces the Symptoms of Upper Respiratory Tract Infection during Winter Training in Vitamin D-Insufficient Taekwondo Athletes: A Randomized Controlled Trial. Int J Environ Res Public Health. 2018 Sep 14;15(9):2003.
  3. Wimalawansa SJ. Rapidly Increasing Serum 25(OH)D Boosts the Immune System, against Infections-Sepsis and COVID-19. Nutrients. 2022 Jul 21;14(14):2997.
  4. Nogues X, et al. Calcifediol treatment and COVID-19-related outcomes. J Clin Endocrinol Metab. 2021 Jun 7:dgab405.
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天選之人!為什麼地球上只有我們是高智慧生命體?——《人類的旅程》
商業周刊
・2022/10/21 ・2959字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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人類最早的足跡

爬著蜿蜒的山路,前往位於現代以色列的迦密山洞穴,不難想像史前時代這一帶的壯麗環境。

地中海型氣候應是四季宜人,氣溫只會小幅變動。附近青翠的山谷裡,穿山越嶺曲折流過的溪流,應是飲用水的來源。山脈旁的森林應適合狩獵鹿、瞪羚、犀牛、野豬。再向外,在毗連狹長海岸平原及撒馬利亞山脈的開闊荒野地帶,應生長著史前品種的穀物及果樹。四周的溫暖氣候、多樣性生態及生食材料,應使迦密山洞穴成為萬千年來,無數狩獵採集族群的理想家園。

這些古代洞穴,如今是聯合國教科文組織(UNESCO)的人類演化世界遺產,從中挖掘出的遺物確實證明,在數十萬年間,這裡曾有一連串史前人類棲息地,同時智人與尼安德塔人(Neanderthals,譯注:遺跡最早在德國尼安德河谷被發現的史前人類)可能曾經相遇,引人遐思。

1920 年查爾斯.R.奈特( Charles R. Knight )所畫的,想像中的史前人類。 圖/wikimedia

在此地和世上其他遺址的考古發現,顯示遠古及早期現代人類,是緩慢但持續學會新技能,善於用火,打造出越來越精細的刀刃、手斧、黑燧石及石灰石工具,也創作藝術作品。這些文化與技術進步,逐漸成為人類特徵,使我們有別於其他物種,而關鍵的推力之一,是人類腦部的進化。

人腦為什麼能發展得如此特別?

人類的腦部非比尋常:容量大且經壓縮,比所有其他物種的腦部都複雜。人腦的大小在過去六百萬年裡長大三倍,這種變化大都發生於二十至八十萬年前,以智人出現前為主。

在人類歷史的長河中,人腦的能力為何能擴展到如此強大?答案乍看之下或許不言而喻:頭腦發達顯然使人類可以達到地球上沒有其他生物辦得到的安全與繁榮水準。然而,事實真相要錯綜複雜得多。要是像人腦那樣的腦部,真的如此明確有益於生存,那其他物種經過數十億年演化,為何未發展出類似的腦部?

我們暫且來看看其間的差別。以眼部為例,它是沿幾條演化路徑獨立發展。有脊椎動物(兩棲類、鳥類、魚類、哺乳類、爬蟲類)的眼部,頭足類動物(烏賊、章魚、墨魚)的眼部,還有較簡單形式:單眼,見於蜜蜂、蜘蛛、水母、海星等無脊椎動物。這種現象稱為趨同演化(convergent evolution),就是不同物種各自演化出相似的特徵,而非來自共同祖先的既有特徵。眼部之外的例子不勝枚舉,像是昆蟲、鳥類、蝙蝠都有翅膀,魚類(鯊魚)與海生哺乳類(海豚)為適應水下生活而體形類似。

顯然不同物種是各自發展而獲得近似的有利特徵,但是能夠創作文學、哲學、藝術傑作,或發明耕犁、輪子、指南針、印刷機、蒸汽引擎、電報、飛機、網際網路的頭腦,卻是例外。這種頭腦只演化過一次,在人體上。

人腦隨著演化發展與進化。圖/pixabay

這麼強大的腦部,具有明顯的優勢,為何在自然界絕無僅有?

這個謎題的解答,有部分要歸咎於腦部的兩大缺點。一來人腦需消耗龐大能量。它只占人體二%的重量,卻要消耗二○%的能量。其次人腦很大,使新生兒頭部很難通過產道。因此比其他動物的腦部,人腦更壓縮或更「褶皺」,並且人類嬰兒出生時,腦子只有「半熟」,需要好多年的微調才能成熟。

所以人類嬰兒無生活能力:許多動物的幼兒出生後不久就會走路,也很快就能自己覓食,人類卻需要兩年時間才能穩穩地走路,至於物質上自給自足,還要很多年。既然有這些缺點,那當初是什麼因素導致人腦的發展?

研究者曾認為,或許有數種力量共同促成這一過程。

生態假說(ecological hypothesis)主張,人腦是出於人類暴露在環境挑戰下而進化。當氣候起伏不定,附近動物的數量隨之增減,腦部較發達的史前人類更能夠找到新的食物來源,設計捕獵採集策略,發展烹煮及儲存技術,使他們在棲息地生態條件不斷變動下依舊能夠生存並興旺。

反之,社會假說(social hypothesis)主張,在複雜的社會結構中日益需要合作、競爭、交易,這促成更精進的腦部,才更有能力去理解他人的動機,預期他人的反應,於是成為演化優勢。同理,能夠說服、操弄、恭維、敘述、娛人,這些都有利於個人社會地位,也有它本身的好處:刺激大腦發展及說話、論述能力。

文化假說(cultural hypothesis)則強調人類吸收及儲存資訊的能力,使資訊能夠代代相傳。依此觀點,人腦的獨特優勢之一是能夠有效率地學習他人經驗,養成有利的習慣與偏好,不必仰賴緩慢許多的生物適應過程,即可促進在各種環境下存活。換言之,人類嬰兒雖然身體上無能為力,但是頭腦裡備有獨特的學習能力,包括能夠領會及保留,曾幫助祖先存活、也將協助後代興盛的行為規範,那就是文化。

另一種可能進一步推動腦部發展的機制,是性選擇(sexual selection)。即使對腦部本身沒有明顯的演化優勢,但人類也許形成了對頭腦較發達的配偶的偏好。這些先進的頭腦或許具有對保護及養育子女很重要的隱形特質,有意找這種配偶的人,從可辨認的特徵像是智慧、口才、思慮敏捷或幽默感,能夠推斷出這些特質。

科技進步下越來越聰明的大腦!

人類獨有的進步以人腦進化為主要推力,尤其在於它有助於帶來技術進步:以日益精進的方式,把周遭自然物質及資源轉為我們所用。技術進步又塑造繼起的演化過程,使人類得以更成功的適應不斷變動的環境,從而進一步推動新科技及加以利用。這種重複且具強化作用的機制引導著科技加速向前邁進。

隨著技術進步大腦也更快速發展。圖/pixabay

尤其有人主張,越來越熟諳用火的早期人類開始烹煮食物,因而減少咀嚼和消化所需的能量,以致熱量充裕,並空出原本由顎骨和肌肉占據的頭顱空間,更加刺激腦部成長。這種良性循環或許促進烹飪技術更多創新,繼而又使腦部進一步成長。

不過腦部並非人類與其他哺乳類唯一有別的器官。人的手也是其一。與腦合作的雙手,也在一定程度上為回應技術而演化,尤其受益於製作及使用狩獵工具、針、烹飪器皿。

特別當人類長於雕刻石頭、製作木矛等技術時,能夠強力使用並正確加以改良的人,存活的可能性就增加。擅長狩獵的人能夠更可靠地養家活口,扶養更多子女長大成人。相關技能的世代傳承,使人口中能幹的獵人比例增加。再來,進一步創新的好處,如更堅硬的矛和後來更強的弓、更尖的箭等,又提高狩獵技藝的演進優勢。

類似性質的正面回饋循環,見於整個人類歷史:環境變遷與技術創新,促進人口成長,引發人類去適應變化中的棲息地和新工具,這些適應增強人類操縱環境、創造新技術的能力。在後面會看到,這種循環是理解人類歷程,解開成長謎團的關鍵。

———本書摘自《人類的旅程》,2022 年 10 月,商業周刊,未經同意請勿轉載

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