科學家發(fā)現(xiàn)300萬年前的阿法南方古猿具有與類人猿相似的大腦

    近日，發(fā)表在Science Advances上的一項研究中，德國Max Planck進化人類學研究所的古人類學家Philipp Gunz 和Simon Neubauer領導的研究研究團隊發(fā)現(xiàn)，Lucy（一具古猿人標本）所屬的阿法（afarensis）南方古猿具有與類人猿相似的大腦。然而，遲緩的大腦發(fā)育就像人類一樣，古猿嬰兒可能需要長期依賴照顧。

    300多萬年前，阿法南猿生活在東非，在古人類族譜中占據(jù)重要位置，因為它被廣泛認為是所有后來的古人類(包括人類譜系)的祖先。來自芝加哥大學的通訊作者Zeresenay Alemseged解釋說：“Lucy和她的同類提供了有關早期古人類行為的重要證據(jù)。他們直立行走，腦容量比黑猩猩大20％，可能已經(jīng)使用鋒利的石頭工具。” Alemseged負責在埃塞俄比亞的Dikika野外項目。他在2000年發(fā)現(xiàn)了南方古猿兒童的骨骼。Alemseged補充說：“我們的新結(jié)果表明了他們的大腦如何發(fā)育以及如何組織。”

    為了研究阿法南方古猿的大腦生長和組織結(jié)構(gòu)，研究人員在歐洲同步加速器輻射實驗室（ESRF，位于法國Grenoble）使用同步微斷層掃描技術掃描了在Dikika發(fā)現(xiàn)的古猿兒童的顱骨化石。在這項最新技術的幫助下，研究人員能夠以幾周的精度揭示死亡年齡。

    此外，研究人員還使用高分辨率常規(guī)斷層掃描技術掃描了埃塞俄比亞Dikika和Hadar兩地的另外七個保存完好的顱骨化石。經(jīng)過數(shù)年艱苦的化石重建和牙齒生長線計數(shù)，研究人員復原了在Dikika發(fā)現(xiàn)的古猿兒童的大腦印記，包括精確的死亡年齡、對顱內(nèi)容積的重新估計，以及以前未發(fā)現(xiàn)的著名南方古猿化石的顱內(nèi)特征。

    這些數(shù)據(jù)為兩個有爭議的問題提供了新的啟示：是否有證據(jù)表明阿法古猿具有類似人類的大腦重組？阿法古猿的大腦生長模式是否與黑猩猩或人類的大腦生長模式更相似？

    與以前的說法相反，阿法南方古猿的顱內(nèi)印記顯示出類似猿的大腦組織，并且沒有人類特征。然而，對嬰兒和成人的顱內(nèi)容積進行的比較卻表明，阿法古猿更像人類那樣需要長時間的大腦生長，這可能是古人類長時間的童年學習進化至關重要。

    現(xiàn)代人類大腦不僅比我們的近親類人猿的大腦要大得多，而且組織方式也不同。人類大腦需要更長的時間才能發(fā)育成熟。例如，與黑猩猩相比，現(xiàn)代人類的嬰兒學習時間更長，這是以完全依賴父母照顧的時間更長為代價的。這些特征總體對于人類的認知和社會行為很重要，但這些特征的進化起源仍然不清楚。大腦不會成為化石，但是隨著大腦在出生前后的生長和擴展，其外層的周圍組織會在顱骨上留下印記?；谶@些顱腔模型，研究人員可以測量顱內(nèi)容積，并從顱骨中的大腦印記推斷出大腦組織的關鍵信息。

    類人猿和人類之間的一個關鍵差異在于大腦頂葉和枕葉的組織。來自佛羅里達州立大學的合著者、解釋顱內(nèi)印記的專家Dean Falk說：“在所有的猿類大腦中，一個清晰的月狀溝位于枕葉主要視覺皮層的前邊界附近。” 過去有些人認為，大腦結(jié)構(gòu)變化導致了月狀溝在南方古猿的顱內(nèi)更向后移動(類似于人類)，并最終導致人類清晰的顱內(nèi)印記消失。人們假設，南方古猿的這種大腦重組可能與比它們的類人猿親戚更復雜的行為有關(例如，工具制造、心智化和聲音交流)。不幸的是，月狀溝通常在胞內(nèi)細胞上不能很好地復制，因此關于其在南方古猿中的位置一直存在爭議。

    Dikika發(fā)現(xiàn)的保存異常完整的古猿兒童化石在與類人猿大腦中相似的位置具有清晰的月狀溝印記。同樣，計算機斷層掃描揭示出在Hadar發(fā)現(xiàn)的著名成年南方古猿化石 (A.L. 162-28)中未被發(fā)現(xiàn)的月狀溝印記。與之前的觀點相反，研究人員沒有在任何保存了詳細月狀溝印記的阿法南方古猿化石中發(fā)現(xiàn)大腦重組的證據(jù)。

    同步加速器對嬰兒化石的齒列進行計算機斷層掃描，使通過計算牙齒生長線來確定一個人的死亡年齡成為可能。就像樹木的年輪一樣，牙齒的虛擬截面顯示出反映身體內(nèi)部節(jié)奏的生長線。通過研究在Dikika發(fā)現(xiàn)的嬰兒牙齒化石，研究團隊的牙科專家Paul Tafforeau(ESRF)、Adeline Le Cabec（ESRF/ Max Planck進化人類學研究所)和Tanya Smith（Griffith大學)計算出該嬰兒的死亡年齡為861天(2.4年)。

    該研究第一作者Philipp Gunz 說：“經(jīng)過七年的研究，我們終于集齊了研究大腦生長進化的所有拼圖，包括Dikika嬰兒的死亡年齡及其顱內(nèi)容積，保存最完好的成人阿法南方古猿化石顱內(nèi)容積，和超過1600名現(xiàn)代人類和黑猩猩的對比數(shù)據(jù)。”

    Dikika嬰兒的牙齒發(fā)育速度與黑猩猩大致相當，因此比現(xiàn)代人的要快。然而，考慮到成年阿法南方古猿的大腦大約比黑猩猩大20%，Dikika嬰兒的小顱內(nèi)容積表明，與黑猩猩相比，它們的大腦發(fā)育時間更長。

    Simon Neubauer 解釋說：“即使是將Dikika嬰兒與身材矮小、腦容量小的成年古猿(比如Lucy)進行保守的比較，也表明阿法南方古猿的大腦發(fā)育和今天的人類一樣是緩慢的。”

    Philipp Gunz總結(jié)道：“我們的數(shù)據(jù)表明，阿法南方古猿擁有與類人猿相似的大腦組織，但這表明，它們大腦的發(fā)育時間比黑猩猩要長。”一般來說，在靈長類動物中，不同的生長和成熟速度與不同的幼兒照顧策略有關，這表明阿法南方古猿大腦生長時間的延長可能與長期依賴照顧者有關。另外，緩慢的大腦生長速度也可能主要代表了一種策略，在食物不充足的環(huán)境中，將后代的能量需求分散到多年時間中。在這兩種情況下，阿法南方古猿大腦的長時間生長為人類大腦的后續(xù)進化和社會行為提供了基礎，并可能對兒童長時間學習的進化至關重要。