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美国《国家地理杂志》:人类站起来的代价
2006年8月7日 09:56
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  人类是奇怪的生物:我们这种没尾巴的两足动物,有着弯曲的脊柱、修长的四肢、弓形的足部、灵巧的双手和发达的脑袋。我们的身体宛如一幅镶嵌画,由物竞天择后的种种特征拼凑而成——既有出色的能力,又有着严重的缺陷。

  远祖遗爱:用“后腿”走路

  我们的猿类祖先在约2000万年前,从四脚着地的小型灵长类动物演化而来。随后的数百万年间,有些猿类体形愈长愈大,开始用手臂去握头顶的树枝,或者是为了伸手摘果实。

  然后,在600万或700万年前,我们的祖先站立起来,开始用后腿四处走动。到了320万年前,著名的“露西”(阿法南猿)在东非现身,人猿已然适应了把步行当作四处移动的主要方式。

  这可是非常巨大的变化。美国南加州大学的人类学家克雷格·斯坦福解释:“以双足步行,是一种独特而奇异的运动方式。在250多种灵长
类中,就只有一种是用两条腿走动。”斯坦福和许多科学家都认为,双足步行是定义人类的关键特征。他说:“有些科学家可能认为,关键在于我们发达的大脑,但人类的脑部是在不到200万年前才开始急速变大,比人类直立和开始使用工具足足晚了数百万年。双足步行为其他进化奠下基础。”

  进化生物学家一致认为,直立行走跟四足运动的生物力学差异很大,头部以下的骨骼都必须为之改变。头骨和脊柱重新排列,使头部和躯干在臀部和足部以上成一条垂直线。

  为了支撑身体的重量并缓冲直立运动的力道,四肢的关节和脊柱都变粗了,足部也演化成弓足。至于骨盆,则从猿类那细长的桨形变为宽扁的鞍形,将躯干的重量向下施加到双腿上,大块的肌肉也得以附着其上。

  直立公民:倒立的钟摆

  仔细想想走路或奔跑这些简单的人类举动。丹·利伯曼在哈佛大学人类学系的实验室里做的正是这件事。研究发现,直立运动是一种关于平衡、协调、效率的惊人壮举。行走中人体的双腿类似倒立的钟摆,以伸直的那条腿为支撑点,身体在其上成弧线摆动,所以上升获得的潜在能量与下降中产生的动能约相等。因此,人每跨出一步,身体所消耗的大部分能量得以储存和恢复,这样就为自身减少了高达65%的工作负荷。

  最近,利伯曼与犹他大学的丹尼斯·布兰布莱合作进行了一项研究,提出我们的祖先在约200万年前,就能熟练地奔跑。

  奔跑在人体特征的进化中扮演着重要的角色:额外的腿腱、皮肤毛发较少和大量的汗腺(便于降温);经过强化的臀大肌(我们身上最大块的肌肉)包住了臀部,发挥了稳定躯干的作用,防止我们往前扑倒。

  要命的背:先天设计有问题

  背痛是最常见的身体不适之一,大多数人一生中总有些时候要受背痛耗损体力之苦,不免令人怀疑脊柱的设计大有问题。

  密苏里大学哥伦比亚分校的人类学家及解剖学家卡罗·沃德解释:“问题在于,脊柱原本的设计,是作为拱顶使用,在我们直立起来后,它只好充当承载重量的立柱了。”为了支撑我们的脑袋,并使体重在髋关节和下肢上保持平衡,脊柱演化出一道道S形:下背部大幅度向前弯,形成了脊柱前弯;上背部向后弯,形成了脊柱后弯。

  这种变化至少发生在400万年前,或许还早得多。最近,沃德分析了“露西”的脊柱,和两具200多万年前的阿法南猿骨骼。他们发现,这3者的脊柱都与人类脊柱一样呈现S形,进一步证实了阿法南猿是以双腿行走。

  沃德说:“这种S型系统,使我们在保持身体平衡和以双足运动时非常省力。但我们的直立姿式,却对弯曲的结构施加了过多的压迫和间接力道,也因此让脊柱的下半部吃了不少的苦头。”

  试着将身体后仰,把脊柱向后弯成弧形。你是世界上惟一能做出这种往后弯腰动作的哺乳动物。觉得下背部紧绷到让你发抖?那是因为压缩负荷增加,脊柱间的纵向关节彼此挤压造成的。由于下脊柱是弯曲的,因此脊椎骨必须长成楔形:宽的部分朝前,窄的部分朝后。下背部的负荷最重,楔形的弧度也最大,但凡举重物或伸展过度,都有可能导致最末端的脊椎滑脱或被压扁,引发疼痛。或者压力使脊椎背部的脆弱结构受损,导致骨折,也就是椎板断裂症。

  立足不稳:步行桎梏了人脚

  人体的问题究竟到哪里才算完呢?说到底,究竟是什么支撑我们直立躯体的全部重量?答案就是两片小得可怜的底座。

  美国自然科学博物馆古生物学家威尔·哈克特—史密斯表示:“脚是人类身上最能够代表人之所以为人的特征。人脚上没有像大拇指一样的趾头,可以和其他脚趾对握。我们是惟一放弃用脚来抓东西的灵长类动物。”

  这可是很大的牺牲。黑猩猩的脚非常有用、多才多艺,爬树时不可或缺,会做的动作和手一样多、一样熟练自如。相形之下,人类的脚是高度特化的器官,生来就只做两件事:推动身体前进,并缓和前进中的震动。双足步行或许是解放了双手,然而却也让双脚深陷桎梏。

  布鲁斯·拉蒂默解释::“与猿类相比,人类足部最显著的特色之一,就是骨骼较大,尤其是踵骨。体重160公斤的雄性大猩猩的踵骨,比体重45公斤的女人的踵骨还小。”人类的足跟则很蓬松,而且仅以一层薄如纸张的皮质骨覆盖,里面则是稀薄的网状海绵质骨骼。

  “骨骼体积大是一种优势,可以消除两足动物日常步行所造成的压力。”布鲁斯·拉蒂默说。但这是有代价的:“我们皮质骨的比重减少,海绵质骨的比重增加,意味着有更多的骨骼组织表面暴露出来。随着我们年事渐高,骨中矿物流失的速度也跟着加快,最终可能导致骨质疏松症,以及臀部和脊椎骨骨折。”


选稿:吴颖    来源:青年参考    
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