人类的智力是如何发展起来的?《自然》发布三大科学假说脑科学
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我们人类的远祖——著名的阿法南方古猿Lucy生活在三至四百万年前,身体构造介于现代人类与动物之间。南方古猿的盆骨及股骨与人类相似,阿法南方古猿可以像人类一样直立行走。但它们与人类有一个重大的差异悬殊:阿法南方古猿的大脑连人类的三分之一都不到。


人类在进化领域较大的难题之一就是:Lucy那种早期的小容量大脑如何一步步地演变成我们现在这种聪明伶俐、善于交际的大脑?


发达的脑部是人类标志性特征。人脑是动物王国中最复杂的器官,甚至有科学家称它是“宇宙中最复杂的物件”。


相对于人的体型,人脑的大小令人出乎意料。为何进化过程青睐如此大的脑部?若能解答这个问题,人类学领域的头号难题或许也能得到启发:人类存在意味着什么,人类的独特之处在哪里?



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围绕人脑为何如此之大,目前存在若干假说:可能是为了克服艰难的生存环境,也可能为了应对错综复杂的社会生活,因为群居状态下,生存下去的机率是较高的。


在我们的进化中,上述及其他理论可能都扮演了一定的角色,但我们并不了解这些因素的先后与轻重。最近发表于《Nature》期刊的一篇论文告诉我们,科学家正在探索全新的解题思路。


人脑为何这么大的三种理论说

首先,为什么要关心这个问题?有都有了,怎么来的重要吗?


一个答案是:理解人脑进化或有助于我们理解人脑的工作原理,苏格兰圣安德鲁斯大学的进化生物学家毛里西奥·弗雷罗(Mauricio Forero)如是说。


“想理解赛车如何工作,省时省力的办法是阅读设计师笔记,”《Nature》杂志那篇论文的第一作者弗雷罗说。“而要理解大脑是如何运作的,先去理解它的设计同样也是为了省时省力。”理解人脑的设计就意味着理解作用于它的自然选择力。



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迄今为止,围绕人脑为何进化到如此之大,进化人类学家提供了三大解释:


⑴ 环境解释 :生存挑战。诸如寻找食物、猎捕动物或记忆食物来源等,更倾向于选择发达的大脑。


⑵ 社会解释 :与他人互动,无论是来自合作还是竞争的选择压力,都青睐脑部足够发达、能预料他人行动的人。


⑶ 文化解释 :谁能将长久记忆知识积累,并将其传授给他人,谁繁衍后代的机会就越大。烹饪或是其中一个文化因素。生物人类学家理查德∙兰厄姆(Richard Wrangham)在2009年出版的《生火:烹饪造就人类》(Catching Fire)一书中提出,一旦学会烹饪食物,我们就能获取更容易消化吸收的卡路里,从而有了脑部发展的多余能量与时间。


三个因素都可能扮演了一定的角色,并相互影响。但这些因素的配比必须恰好到处,才能创造出我们所知的人脑。举个例子,若自然选择青睐高度合作能力,其结果就会是小巧的人脑。不妨这样想:你若高度依赖他人,就不需要如何用脑。合作力惊人的蚂蚁的脑部就不怎么发达。蜜蜂也类似。


另外,有得必有失,发达的脑部涉及到一大缺陷:需要大量燃料。如今,身体代谢活动产生的能量中,20%要供给脑部。


“人脑是奢侈的组织,非常耗能,”马克斯·普朗克研究所进化人类学部门的进化人类学家西蒙·纽鲍尔(Simon Neubauer)说。“肯定有一种利益驱使着这个过程。”


只要选择压力稍有不同,人脑就可能走上另一条进化道路:将这些能量用于繁衍,或将性成熟年龄提前,或发展出更加壮硕的体格。但我们都没有,只进化出一个超级耗能的脑。那么,我们又怎么知道,在这一过程中,哪个因素是最重要的呢?


弗雷罗论文:环境因素或大于社会因素

通常,人们会从相关性研究的角度,探索“人脑为什么这么大”。人类学家和生物学家研究不同物种的脑,试图推断这样一个问题:动物的脑增大之后,哪些行为改变成为可能?比如,在很多灵长类动物中,社会学习与更大的脑容量呈现出相关性。


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爱因斯坦的大脑就异于常人


这种研究方法略显杂乱,而且难以得出板上钉钉的结论。人类进化没法用实验验证,毕竟你不可能把一群人流放到环境压力各不相同的孤岛上,观察他们如何进化。


于是,弗雷罗和论文合著者们将目光投向了数学。他们建立计算机模型,模拟出人类进化的不同假设情境:一种是所有选择压力都源于自然环境,一种是所有选择压力都来自社会生活。他们暂未给文化情境建模,但希望在将来的研究中进一步展开。该模型考量了相对于身体其他部位,脑部不断增大的代谢福利与代价。然后运行程序,试图解答一个问题:这些因素如何搭配,才会形成今天的人脑?



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自然环境能解释人脑的大小。自然环境的挑战,以及影响相对较轻的群居生活的挑战,导致人类脑容量迅速扩张。说不定,人类很大一部分进化都发生在非洲的稀树草原上,相对于森林,那里的食物和水更加难以获取。人类还得开动脑筋,躲避酷热。


但问题依然存在。“如果我们发现,艰难的自然环境使人脑进化得越来越大,这就引出一个问题:为什么只有人类如此?其他物种就没有这样?”弗雷罗说。


许许多多的物种都生活在艰难的自然环境中,有的甚至适应了漆黑的洞穴,但从未进化到用智能手机订披萨的程度。


也许,这就是文化中学习与传授知识的能力,可以发挥作用的地方。在艰难环境下,若能积累有关环境的知识,生存下去也变得容易很多。


这并不是说,社会因素并不起作用。毕竟,人类是高度社会化、热爱群居的动物。这可能也是进化的结果。至少很难想象,在不培养社会合作的基础上,你该如何分享文化知识。


人脑为什么这么大的终极答案

这一模型可得出的结论是很有限的,华盛顿大学医学院比较神经生物学家艾米·鲍恩费尔德(Amy Bauernfeind)说。模型永远是现实的简化。它能通过数学方式,判断相关假设是否合理,但并非对进化本身的直接观察,因此很难得出明确结论。



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实际上,在人脑的进化历程中,很多因素彼此密不可分。挑战重重的自然环境和刺激智力的社会生活,究竟哪个对进化更加重要?这个问题本身就过于简单化了,在东南路易斯安那大学研究心理进化的马修·罗萨诺(Mattew Rossano)说。


罗萨诺分析:所有因素相互反馈,为征服自然环境而学习制作新工具,就会导致饮食的改变,影响到脑的进化,进而波及妊娠和分娩。由此产生的社会影响又增加了社会的复杂性,这种复杂性又能影响人脑进化,使人类能掌握更高深的技能,这也意味着工具愈加复杂。复杂的工具带来饮食的进一步改变,合作狩猎形式诞生,而这又是一种社会改变……


不过,人脑的进化如此难以建模,这说明了一个耐人寻味的事实:人脑是在特定的进化条件下走到这一步的。人类的智力不是给定的,而是源于一个错综复杂的过程,这个过程本可以有很多不同的结果。若能理解塑造人脑的力量,有朝一日,我们或能更进一步,理解人类智力是多么罕见,也许不仅在地球上,可能更广阔的宇宙中都是如此。


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