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第10章 人体重大发明、发现(1)

人类起源地之争

古人类学和历史学著述经常提到人类起源地。关于人类的起源地是哪里,一直以来有着非常热烈的争论,至今已经持续了一百多年。

达尔文在1871年提出,人类的诞生地是非洲。当时还没有发现智人以前的早期人类化石,达尔文的理由是,与人类最相近的动物是大猩猩和黑猩猩这两种猿,如今都生存在非洲,因而我们最早的祖先更可能是在非洲。19世纪后期,德国的海克尔提出人类起源于亚洲,因为亚洲的长臂猿和猩猩与人相似的程度大于非洲的猿类,由此他推测东南亚是人类的诞生地。海克尔的信徒之一荷兰的杜布哇于19世纪末去印度尼西亚寻找人类祖先,发现了爪哇猿人化石,但很长时间不被承认。从1927年开始,在我国北京附近的周口店进行了系统的发掘,首先发现了牙齿,定名为北京猿人,1929年底,由裴文中负责发掘工作,发现了第一个北京猿人头盖骨,由此被作为人类起源于亚洲的证据。但是,从1924年起,先是在南非汤恩发现了南方古猿的化石,以后在南非的其他几个地点也发现了同类的化石,特别是从20世纪60年代末开始,在东非的许多地点发现了多种南方古猿类的化石,它的系统地位,经过多年的争论,从70年代以来被人类学界一致承认是属于人的系统,是人类发展的第一个阶段,它们的形态远比亚洲的猿人为原始,年代远比后者为早,从而又提出了人类起源于非洲的论点。

由于非洲的早期人类化石主要发现于东非,因此对东非的古环境怎样促使人类的诞生有着许多论述。专家们认为,整个非洲大陆原先覆盖着一片森林,大约距今1000万年前,东部下面的地壳逐渐发生变化,沿着从今天的坦桑尼亚、肯尼亚、埃塞俄比亚到红海一线裂开,使肯尼亚和埃塞俄比亚东部的陆地上升,形成海拔270米以上的大高地,在东非形成了从北到南的一条长而弯曲的峡谷,深达几百米,叫做“东非大裂谷”。

大裂谷的形成改变了非洲的地貌和气候,以前从西到东的一致的气流被破坏了,隆起的高地使东部的地面成了少雨的地区,丧失了森林生存的条件,连续的森林覆盖开始断裂成一片片的树林,形成一种片林、疏林和灌木地的镶嵌生态环境,东西动物群的交往也受到了阻碍。

在20世纪60年代,荷兰阿姆斯特丹大学的生态学家科特兰特就提出了人和猿在非洲的分歧是由于东非大裂谷形成的假设。1994年5月法国的古人类学家柯盘斯发表文章说,距今300万年以上的人科化石的地点,都是在大裂谷东边的埃塞俄比亚、肯尼亚和坦桑尼亚发现的,没有例外;而在这个时期里,这个地区却没有发现任何有关大猩猩和黑猩猩的化石。他的解释是裂谷形成以后,西边由大西洋来的气流照常带来雨量,而东边则由于上升的西藏高原西缘的阻碍,形成季节性的季风。因而原先的非洲广大地区,分为两种不同的气候和植被。西边仍旧湿润,而东边则变得干旱;西边保持着森林和林地,东边则成为空旷的稀树草原。由于这种情况产生的压力,人猿的共同祖先也发生了分裂。西边的较大居群的共同祖先的后裔适应于湿润的森林环境,成为两种大猿;而东边的较小居群的共同祖先的后裔则相反,出现了一种全新的对空旷环境适应的新生活,成为人科成员。这种假设被叫做“东边的故事。”

1995年11月,英国的《自然》杂志上又提出了“西边的故事”的问题。美国的古人类学家布鲁内特在非洲的乍得发现了南方古猿的部分下颌骨,其年代为距今300~350万年,乍得位于西方大约5400公里的非洲大陆中心,因而布鲁内特说:“人类起源不只是东边的故事,也是西边的故事”。

近100多年来,人类诞生地是非洲还是亚洲的问题,已有过反复。目前在非洲发现的人科化石还只有400多万年,更早的化石还没有可靠的资料,因而现在还不能肯定非洲是人类最早起源的地方,也不能排除人类起源于亚洲的可能性。到目前为止,关于人类起源地的争论仍在继续,并且在很长一段时间内不会有一致的声音。

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我国有广大的新生代地层,在这些地层中已发现了大量的高等哺乳动物化石的灵长类化石,特别是多种古猿化石,其中最早的高等灵长类化石已距今4000万年左右,另外还有一些零星的可能是早期人科成员和早期旧石器文化的线索,这些证据还有待调查和发掘。

“夏娃”理论

从20世纪开始,人类一直在寻求人类起源问题的科学答案,并形成了许多理论。最近,国外一些科学家提出了一个现代人起源理论,被称为“夏娃”理论,从而引发了一场颇为热烈的讨论。

“夏娃”理论是现代分子生物学发展的产物。20世纪,人们发现了细胞中的线粒体,1963年,又发现线粒体中也有DNA。线粒体DNA在许多方面不同于细胞核DNA。最重要的是,线粒体DNA的遗传方式十分独特,即严格的母系遗传。脊椎动物精子中的线粒体DNA不会进入受精卵,即使个别进入,也会很快分解。所以子代的线粒体DNA只来自母方,父方的线粒体DNA不会遗传给子代。

20世纪80年代,人们运用10多种限制性内切酶,确定了人类线粒体DNA的基本顺序。人类的线粒体DNA共有441个限制性切点,其中63%个位点是恒定的;37%个位点则是可变的。80年代,美国加州大学伯克莱分校的威尔逊遗传小组研究了世界不同种族居民的线粒体DNA,他们发现全人类的线粒体DNA基本相同,差异很少,平均歧异率为0.32%左右,而线粒体DNA又是严格的母系遗传,因此,从逻辑上说,现代世界各种族居民的线粒体DNA最终都是从一个共同的女性祖先那儿遗传下来的。威尔逊小组通过追溯不同种族线粒体DNA的原型,确定了现代人类线粒体DNA的发展谱系。他们发现,现代人类的线粒体DNA可以分成两大类,第一类仅见于一些非洲人中,第二类则分布于包括其他非洲人在内的所有种族中。而第二类线粒体DNA的最终源头也在非洲人中。也就是说,现代人类的线粒体DNA均来自非洲的一位女性,她是人类各种族的共同祖先。威尔逊等人说:“我们可以将这位幸运的女性称为夏娃,她的世系一直延续至今。”这一理论因此被称为“夏娃”理论。同时,在现代各种族中,非洲人之间的线粒体DNA的差异最大,这表明非洲人线粒体DNA中所积累的突变最多。非洲人是最古老的种族,从而也证明了非洲人是最早出现的现代人类。

威尔逊等人认为,当时的非洲也许有几千个男女同“夏娃”生活在一起,但其他女性并没有生下女性后裔,所以她们的线粒体DNA谱系也就断绝了,只有“夏娃”的女性后裔代代繁衍,日益昌盛。威尔逊小组认为线粒体DNA的进化速度为每100万年2%~4%,据此推算,这位人类的共同祖先“夏娃”应当生活在14万至19万年之前。大概在9万至18万年之前,她的一些后代离开非洲迁徙到世界各地。当时,世界各地已有许多古人类在生息,如欧洲的尼人、中国的北京人等。威尔逊小组认为,“夏娃”的后代们,也就是现代人的祖先来到世界各地后,并没有与当地土著的古人类混合交融,而是“完全取代了”他们。这是因为,如果现代人的祖先与土著古人类混合的话,那些古人类就会将自身的与“夏娃”不同的线粒体DNA遗传下来,现代居民中也就会出现许多种线粒体DNA。可事实上,现代各种族居民的线粒体DNA是高度一致的,都来自同一个女性祖先“夏娃”,除此之外不存在着其它来源的线粒体DNA。据此推断,那些古人类都灭绝了,被现代人类的祖先完全取代了。世界各地的现代人类不是从当地的古人类发展而来的,而是来自非洲。

“夏娃”理论提出后,在科学界及社会公众中引起了较为强烈的反响。一些古人类学家坚决反对这个理论,他们认为,化石材料表明世界各地区的现代人类是从当地的古人类发展而来的,并不存在着“完全取代”。一些分子生物学家也坚决反对“夏娃”理论,并指出了其在计算机程序及计算方法上的错误。面对来自各方的猛烈批评,“夏娃”论者不断提出新材料论证自已的观点,并修改了某些说法,他们正准备提出更有力的材料。这场讨论至今仍激烈进行着,无论结果如何,都将有助于更进一步认识人类的起源问题。

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现代人的起源与人类起源有着不同的含义,现代人的起源是指现在生活在世界上不同地区的黄种人、白种人、黑种人和棕色人种,他们是怎样起源的,也就是说早期人类是怎样演变成人的问题。而人类的起源指的主要是古猿怎样演变成现代人的问题,是从猿到人的问题,以及早期人类怎样演变成较晚人类的问题。

生命的起源

生命的起源在哪里呢?这一直是科学家们关注的课题。从现在的研究成果看,科学家们普遍认为生命起源于海洋。

水是生命活动的重要成分,海水的庇护能有效防止紫外线对生命的杀伤。大约在45亿年前,地球就形成了。大约在38亿年前,当地球的陆地还是一片荒芜时,在咆哮的海洋中就开始孕育了生命——最原始的细胞,其结构和现代细菌很相似。大约经过了1亿年的进化,海洋中原始细胞逐渐演变成为原始的单细胞藻类,这大概是最原始的生命。由于原始藻类的繁殖,并进行光合作用,产生了氧气和二氧化碳,为生命的进化准备了条件。这种原始的单细胞藻类又经历亿万年的进化,产生了原始水母、海棉、三叶虫、鹦鹉螺、蛤类、珊瑚等,海洋中的鱼类大约是在4亿年前出现的。

由于月亮吸引力的作用,引起海洋潮汐现象。涨潮时,海水拍击海岸;退潮时,把大片浅滩暴露在阳光下。原先栖息在海洋中的某些生物,在海陆交界的潮间带经受了锻炼,同时,臭氧层的形成,可以防止紫外线的伤害,使海洋生物登陆成为可能,有些生物就在陆地生存下来。首先是植物,接着是动物。几千万年以后,许多古代的两栖动物都灭绝了,只在地球的温带留下了它们的后裔,主要是青蛙之类的动物。这时,自然选择再次制造了奇迹:一些两栖动物可以体内受精。生下的卵外面包有一层皮质硬壳,不受干旱和来自陆地的各种危险的影响,并且它们还可以离开水生殖。这些两栖动物最后进化成为爬行动物,曲指算来,爬行类出现并逐渐开始在陆上横行霸道应当是1~2亿年前的事情了。那时候,地球气候温暖如春,遍地都是茂密的森林,给爬行动物提供了异常丰富的食物源。因此,它们逐渐繁盛起来,种类也越来越多:有的长了长腿,喜欢在陆地上奔跑;有的则完全失去了双腿,长得像蛇一样;有的腿又变成了像鱼类一样的鳍状肢,重新回到水里;有的长起了翅膀,向天空中飞去……最为突出的一类分化为鳄鱼和恐龙。恐龙后来成为株罗纪世界的统治者。

6000万年前,不知什么原因,恐龙从地球上神秘地消失了。此后,一些身体小的爬行动物进化成为现在的蛇、蜥蜴和乌龟之类,而另一类小型的恐龙则进化为鸟类的祖先始祖鸟。

在恐龙还是地球霸主的年代里,有一些从最初的爬行动物发展出来的小动物就开始活跃起来。与爬行动物相比,它们有两个显著的差异:一是它们遍身长毛,二是它们的血恒温恒热。而此前,大多数脊椎动物的血液都不能保持一定的温度。到了爬行动物的全盛期过后,这些新兴的动物似乎表现出了对地球环境更为强大的适应力,因而也得到了很大的发展,它们后来成为最古老的哺乳类动物。

在此后的3000万年间,像爬行动物当初发展的轨道一样,哺乳动物经历了一个迅速发展的繁荣期。今天众多的各类哺乳动物都是从早期的原始动物分化而来的。

原始哺乳动物中有一种吃水果、昆虫、栖居树上的小动物成为灵长自动物的直接祖先,从它们的各种身体特征来看,它们应当是现代狐猴的祖先。科学家们在美国怀俄明州发现了生活在5800万年前的古狐猴的化石。它们的一些后代进而演变成现代猿,如大猩猩。长臂猿及黑猩猩。同时,另有少数的古狐猴从树上跳了下来到地面搜寻食物,并慢慢地站立起来,发现并学会了使用火。

在距今800万年前,地球上出现了人类的祖先——古猿,继后又出现了南猿和猿人。这些人类的远古祖先,为了生存下来,不间断地向自然界索取食物,从采集野果到捕捉小虫,从野外打猎到驯养培植动物,经过不断的劳动,使脑和肌肉更加发达与健全。在这条进化大道上,它们慢慢地向人类演变着,把生命之旅带进了人类文明的新纪元。

当生命日历翻到了新生代第四纪——距今250万年前的时候,人类的祖先出现了,喜怒交加、爱恨交织、血腥仇杀、和平发展的人类文明史终于揭开了序幕。

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生物的进化历经了数十亿年。如果我们把地球形成至今的整个历史用一年12个月来比喻,那么地球形成的日期算做1月1日,地壳约形成于2月份,最早的生物体大约出现于4月份,恐龙类生物的全盛时期就到了12月中旬,从类人猿进化成人类,只有两小时的历史——发生在12月31日晚上10点钟左右。从古人到现代人类,在这一比喻中,目前才生存了5分钟。

人类的进化过程

1871年,达尔文发表了《人类起源和性的选择》一书,专门讨论人类起源的问题。他用丰富的证据论证了人类跟动物的关系,指出人类是由古代的一种类人猿——古猿逐渐发展而成的。那么,古猿是怎样进化成人类的呢?

科学家一般估计大约在距今七八百万年前,古猿转变成两足直立行走的人类始祖。但是,当前在世界各地发现的人类化石,最早的只有400多万年,更早的人类化石还有待发现。尽管如此,经过古人类学家的努力,已经弄清了人类进化的大致过程。这个过程通常分为四个阶段:南方古猿、能人、直立人和智人。

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