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原始型声道变成了现代型声道

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灵长类动物不只能使用手势和按键当作符号,还能使用声音。举例来说,野生绿猴发展出一种自然的“象征通信”形式,利用嘴里发出的咕噜声表示三种不同的动物:豹子、老鹰与蛇。一头一个月大的黑猩猩,叫作维基,被一位心理学家收养了,当成他们夫妇的女儿抚养,结果学会“说”出四个词:爸爸(papa)、妈妈(mama)、杯子(cup)、上面(up)。(她发出的音只是近似人声而已,因为黑猩猩的发声器官与人类的不同。)既然猿类都有能力以声音传递信息,为什么没有继续朝这个方向演化,发展出它们自己的复杂语言呢?

答案似乎涉及控制发音的解剖构造,包括喉咙、舌头,以及相关肌肉的结构。就像一块瑞士手表,它能够准确计时,是因为所有零件都是精心设计的,我们的声道依赖许多构造与肌肉的精密配合。科学家认为黑猩猩不能发出寻常的人类元音,是受解剖构造的限制。如果我们也只能发出几个元音与辅音,说话的词汇就会大量减少。

所以,我才认为促成跳跃式演化的“东风”,是人类的“原始型”声道变成了“现代型”声道。从此人类能够更为精密地控制声道,创造更多的语音。声道的肌肉经过这样细微的调整,未必会在头骨化石上留下迹象。

我们很容易想象解剖学上的一个小变化带来语言能力的提高,从而在行为上产生巨大的变化。“前面第四棵树,向右转,把公羚羊赶向红色的巨石,我会在那儿埋伏,等着用矛刺它。”有了语言后,传达这样的信息只不过费时几秒钟而已。如果没有语言,这样的信息根本无法传达。没有语言,我们的祖先就无法集思广益,找到改进石器的办法,或者讨论一幅洞穴壁画的意义。没有语言,一个原始人自己也很难想出改良工具的办法。

舌头与喉咙的解剖构造会发生变化,涉及基因的突变,但是我并不认为一旦这些突变发生了,跳跃式演化就发动了。即使有了合适的声道,人类也必然要花几千年完善各种语言结构,发展词序、词尾变格及时态等语法概念,还要累积词汇。我会在第8章讨论语言演化的一些可能阶段。但是,如果跳跃式演化前夕人类已经演化到了“只欠东风”的关口,我猜想这东风就是改变我们祖先的声道,为语言的演化铺路,然后创新的本领才能接踵而至。把我们从传统中解放出来的,是语言。

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第三种黑猩猩

克罗马农人比尼安德特人长寿20年

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尼安德特人中能活过40岁的不多,但是根据骨骼鉴定,有些克罗马农人能活到60 岁。许多克罗马农人有机会含饴弄孙,尼安德特人就很难活到那时候。我们已经习惯于从印刷品或电视上获得信息,很难体会文字发明前老年人对社会的重要性,哪怕一两个老人都可能掌握着社会的命脉。在新几内亚,当我对一些罕见的鸟类或水果有疑问时,年轻人往往带我去找村子里最年长的老人。例如,1976年,我造访所罗门群岛的伦内尔岛,许多岛民告诉我哪些野果好吃,但是只有一位老人能告诉我如果遇到紧急情况,还有哪些野果可以食用。在他小的时候(1905年左右),有一次飓风来袭,岛上农园全毁,岛民差点饿死,那位老人还记得当年让他们幸存下来的野果。在文字发明以前,他这样的一个人就能影响整个社会的存亡。因此,克罗马农人比尼安德特人长寿20年的事实,可能就是克罗马农人成功的重要因素。活到较高的年纪,不仅需要生存技巧,还涉及体质的变化,也许包括人类女性更年期的演化。

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第三种黑猩猩

外祖母假说

智人征服世界

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这张图显示了我们的祖先由非洲散布到世界各地的过程。数字代表距今的年数。未来的考古发现可能会改变某些数字,例如西伯利亚和所罗门群岛,说不定比图中显示的时间更早就有人居住了。

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第三种黑猩猩

沉默的突变

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我们的DNA中只有极小比例的基因在演化过程中改变了,其中一些对我们的身体产生了重大功能影响。并不是所有的基因变化都会产生同样的后果,因为大部分氨基酸至少可以由两种碱基序列决定。因此DNA上的碱基变化“突变”如果不影响对应的氨基酸,就等于没有变化,学者称之为“沉默的”突变。

即使突变不沉默,真的造成对应氨基酸的变化,蛋白质的功能会不会因此改变,仍是个开放的问题。有的氨基酸化学性质相似,互换后不影响蛋白质的功能。若不是处于“敏感”地位的氨基酸,即使被性质差异很大的氨基酸替代了,也不会有了不得的后果。

但是蛋白质上决定功能的部分,若有一个氨基酸被性质大不相同的另一个氨基酸替代了,就可能造成明显的后果。例如镰刀型细胞贫血病是可能致命的基因疾病,病人的血红蛋白不正常,只是因为血红蛋白的287个氨基酸中有一个被性质大不相同的另一个氨基酸替代了。原来病人的DNA上对应那个氨基酸的三个核酸中有一个发生了变化(点突变)。原来的氨基酸带负电,取代它的不带电,血红蛋白分子的电荷因此改变,生化性质也随之变了。

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第三种黑猩猩

人类的家族树

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家族树上有许多支系都已灭绝,包括粗壮南方古猿、尼安德特人,可能还有一个不为人知的“第三种”原始人和一个与尼安德特人同时代的亚洲支系。一些能人的后裔存活下来,并演化成了现代人。为了用不同的物种名来表示人类演化道路上的变化,我们粗略地将其分为能人、出现于大约170万年前的直立人和出现于大约50万年前的智人。

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第三种黑猩猩

高级灵长类的家族树

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人、大猩猩与黑猩猩的关系。人类与两种黑猩猩约有1.6%的DNA差异,相同的基因达98.4%。大猩猩与人或两种黑猩猩的差异较大,约有2.3%。

每个黑点代表最后一个共同祖先,左边的数字代表这些现代灵长类动物之间DNA 差异的百分比,右边的数字代表其最后一个共同祖先存在的时间。举例来说,黑猩猩与倭黑猩猩的DNA差异是0.7%,所以它们在约300万年前分化;人类与两种黑猩猩的DNA差异是1.6%,大约在700万年前分化;大猩猩与人类和两种黑猩猩的 DNA差异是2.3%,大约在1 000万年前分化。

他们的第二个发现也不令人意外:长臂猿与其他猿类或人类的DNA有5%的差异。这也证实了学界的共识:长臂猿是最特殊的猿,与我们亲缘关系较近的是大猩猩、黑猩猩和红毛猩猩。在大猩猩、黑猩猩和红毛猩猩中,最近解剖学家已经开始认为红毛猩猩很早就自成一家,这与DNA证据也吻合,它的DNA与人类和大猩猩、黑猩猩的有3.6%的差异。地理分布情况也支持人类、大猩猩和黑猩猩与长臂猿、红毛猩猩很早就分化了。现在长臂猿、红毛猩猩只分布在东南亚,它们的祖先化石也只出土于东南亚,而大猩猩与黑猩猩只分布在非洲,早期古人类化石也只出土于非洲。

人在动物世界并没有多少独特之处。事实上,人的基因与黑猩猩有98.4%相同(这是《第三种黑猩猩》一书的说法,而2012年的研究数字是98.7%),而黑猩猩与波诺波猿(也就是倭黑猩猩)则仅有0.7%的差异(最新数字是0.4%),所以人只不过是第三种黑猩猩而已。(和这个世界讲讲道理)

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第三种黑猩猩

用植物体内的化学分子来测量遗传距离

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大约60年前,分子生物学家开始明白:动植物体内的化学分子可以当作“时钟”,用来测量两个物种的遗传距离和确定它们在演化史上的分化时间。其中的逻辑如下。

假定所有生物体内都有一类分子,这类分子在每个物种中都有特定的构造,而那些构造是由遗传密码决定的。再假定分子的构造会因基因突变而逐渐变化,且其在所有物种中的变化率都一样。源自同一共同祖先的两个物种体内的这个分子,起先构造应该完全一样,因为都是从共同祖先那里遗传来的。但是这两个物种分别演化以后,基因组中的基因突变就各自独立累积,使这个分子的结构逐渐变化。因此,这两个物种的这个分子会逐渐出现结构差异。如果我们能够算出平均每 100万年会发生多少结构变化,任何两个有亲缘关系的物种在分子结构上的差异,就可以被当作一个时钟来计算这两个物种已经和共同祖先分化多久了。

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第三种黑猩猩

MEF2A基因调控区DNA

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2010年,德国科学家斯万特·帕博教授领导团队开展的尼安德特人基因组测序研究告诉我们,尼安德特人不仅仅是智人的近亲,还跟智人通过婚,乃至现在人类基因组的2.6%都还是尼安德特人的基因。尼安德特人很可能也拥有语言(也拥有与语言相关的人类Foxp2基因突变),那么究竟是哪些基因推动了人类的跳跃式演化呢?

2012年,帕博教授的学生卡托维奇教授和我发表了一个研究成果,我们发现一个对大脑发育有重要功能的基因MEF2A的调控区DNA(脱氧核糖核酸)有一段智人独有的变化,而尼安德特人没有这个变化,拥有了这个变化的智人,出生后的大脑发育成熟期被延长了(Liu et al. Genome Research 2012)。我们提出假说,智人的大脑发育成熟期被延长与幼年智人需要学习更多的生存技能和接收更多社会环境的输入有关。这段DNA变化大概率在30万年前正准备走出非洲的智人身上发生,那时的尼安德特人已经在几十万年前走出非洲,定居在欧亚大陆上,因此这个智人特有的DNA变化很可能是推动人类跳跃式演化的基因变化之一。 从左至右为智人、尼安德特人、黑猩猩、猕猴。数字单位为百万年。箭头标示 MEF2A基因调控区的DNA变化出现的时间。

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第三种黑猩猩

近因与远因

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现代行为生物学家奠基人、诺贝尔生理学或医学奖得主尼古拉斯·廷贝亨和演化生物学家恩斯特·迈尔等对生物学的基本问题进行归类总结,认为任何生物学现象都可以从“近因”和“远因”两个层次来提出问题。

近因层面我们需要回答生物学现象的发生机理,大致可以从两个角度来回答,一是生物学现象在个体发育过程中是如何建立起来的;二是有哪些器官、哪些生物分子以及哪些基因来执行调控生物学现象的发生。举个书中提到的例子,人类引以为豪的相对脑容量大小是造就人类跳跃式演化的关键,脑容量大小和大脑结构组成的机制自然是现代生物医学的重点研究对象。近因方面,在机制上我们可以从大脑结构功能分区、神经细胞组成等来理解我们的神经系统如何起作用,也可以从个体发育的角度来研究,干细胞如何分化成神经干细胞,再到各种神经细胞,哪些基因调控大脑的发育等问题。如果我们把大脑比喻成一个钟表,那这类近因问题我们可以概括为以研究这个钟表如何组成、如何运作为目的。当前绝大多数生命医学的研究以近因为主。

生物学现象远因层面的分析也可以从两个角度来探讨。一方面,任何生物学现象都有起源和演变的过程,了解这一过程是我们理解该生物现象动因的基础,可以指导我们分析该现象与其他生物学现象或者环境因素的关联。通过与其他物种的比较,也能让我们更清楚,哪些是人类与猿类或者其他物种共同的特征,哪些是真正人类特异性的特征,这些人类特异性的特征在什么时间节点出现。例如,书中提到的直立行走、使用工具、语言,以及与“生命周期”相关的各种生物特征,通过对照演化树上各个物种的特征,我们可推算这些特性在哪个时间节点出现。远因层面的另一方面问题我们可以归纳为,为什么会出现特定的生物性状,也即生物特征的出现对物种的生存和适应有何意义。比如,为什么现代人身上大部分体毛都消失了?为什么包括人类在内实行一夫一妻制的动物会出现出轨现象?为什么农业文明最终取代了我们祖先从事的狩猎-采集?读者会发现,这类远因问题往往没有确定的答案,同一个问题可能会有多种假说来解释。例如跟大多数动物不同,人类女性的排卵很少有可见的征兆,针对这种隐性排卵现象,作者罗列了6种不同的假说来解释。而关于不同地区人群出现肤色差异的原因,更有8种不同的解释。对演化生物学家而言,不管提出什么样的假说,基本都是以达尔文提出的自然选择学说为理论框架,即如果一个生物特性是适应性的,那这种性状应该能够提高个体的繁殖概率或者适应度。作者在书中并非简单填鸭式地罗列各种假说,而是给出了这些假说推理的过程。这种推理过程反映了科学研究的基本模式,即观察现象—提出假说—论证假说—修正假说的科研过程。执行这一过程并不需要非常高深的推理能力,其实大多数读者都有能力对各种现象进行类似的思考,甚至提出自己的假说。

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