177万年前的化石挑战人类大大脑进化理论

最近的研究对人类漫长的童年是由于大脑体积大这一理论提出了质疑。 相反，对早期智人牙齿化石的分析表明，长时间的发育是加强文化学习和知识共享的必要条件，这后来促成了更大的大脑和更长的寿命。与类人猿相比，人类的童年特别漫长。 在此期间，父母和其他成年人为他们的身体和认知发展做出了贡献，确保他们获得在人类群体复杂的社会环境中茁壮成长所需的所有认知技能。

普遍的理论认为，现代人的生长期延长是脑容量增加的结果，而脑容量的增长需要大量的能量资源。 然而，一项对特殊化石牙齿生长的新研究表明，"大脑袋-长童年"的假设可能需要修正。

在欧洲同步加速器（ESRF）上扫描的格鲁吉亚德马尼西遗址出土的近成年智人化石，年代约为 177 万年前。 图片来源：格鲁吉亚国家博物馆

这项研究由苏黎世大学（瑞士）、欧洲同步辐射设施（ESRF，法国格勒诺布尔）和格鲁吉亚国家博物馆（格鲁吉亚）的科学家共同完成，发表在《自然》（Nature）上。这项研究利用同步辐射成像技术研究了格鲁吉亚德马尼西遗址出土的近成年早期Homo化石的牙齿发育情况，该化石的年代约为177万年前。

"童年和认知不会变成化石，因此我们必须依靠间接信息。 牙齿是理想的选择，因为它们可以很好地化石，并产生日环，就像树木产生年轮一样，年轮记录着树木的发展。牙齿的发育与包括大脑发育在内的身体其他部位的发育密切相关。 因此，获取化石类人猿牙齿生长的细节可以为了解其总体生长情况提供大量信息，"ESRF科学家、该研究的合著者保罗-塔福罗（Paul Tafforeau）补充说。

格鲁吉亚德马尼西遗址出土的亚成体早期智人头骨化石的三维重建图。 绿色、橙色和红色代表保存下来的牙齿（分别用 5um 同步加速器、47um 同步加速器和 250um 工业扫描仪成像）。 蓝色的牙齿是通过镜像其对称的对应牙齿而添加的缺失牙齿。 紫色的第一下门齿尚未恢复，是根据第二下门齿推算出来的。 然后以 5um 的分辨率显示右上犬齿，以说明其表面以及釉质和牙本质虚拟切片上生长线的可见性。 再进行第二级缩放，以达到 0.7umm 的分辨率，显示珐琅质中的日线增量。 然后将所有牙齿从头骨中虚拟提取出来并进行处理，以显示该个体死亡时的最终牙齿状态。 根据在所有牙齿上观察到的牙齿增量，计算出了这个亚成人从出生到死亡（11.42 岁）期间每 6 个月的虚拟生长序列。 图片来源：ESRF/Paul Tafforeau、Vincent Beyrand

该项目于 2005 年启动，在此之前，ESRF 利用相衬同步辐射断层扫描技术对牙齿微观结构进行的非破坏性分析取得了初步成功。 这项技术使科学家们能够在该化石的牙齿上制作虚拟显微切片。 该标本的牙齿生长结构保存质量极高，因此能够以前所未有的精确度重建其从出生到死亡的所有牙齿生长阶段。 从某种程度上说，科学家们几乎重新长出了这个类人猿的牙齿。

这个项目从 2005 年开始构思到 2023 年完成，历时近 18 年。 科学家们于 2006 年首次扫描了这些牙齿，并于 2007 年获得了化石死亡年龄的第一批结果。

"我们预计会发现早期类人猿典型的牙齿发育，接近类人猿的牙齿发育，或者发现接近现代人的牙齿发育。" 塔福罗解释说："当我们获得第一批结果时，我们简直不敢相信我们所看到的，因为它与众不同，意味着臼齿牙冠的生长速度比任何其他化石类人猿或活体类人猿都要快。"

"在接下来的几年里，随着牙科同步加速器成像技术的进步，我们采用不同的方法进行了五次实验和四次完整的分析。 由于所有结果都指向同一个方向，并可能对'大脑袋-长童年'假说产生强烈影响，科学家们不得不跳出固有思维来理解这块化石。"塔福罗总结说："无论是在技术上还是智力上，我们都在慢慢成熟，最终得出了我们今天发表的假说。"

保罗-塔福罗和文森特-贝朗在欧洲同步加速器（ESRF）扫描牙齿。 图片来源：ESRF/Stef Candé

"研究结果表明，这个个体死于 11 到 12 岁之间，当时他的智齿已经萌出，类人猿在这个年龄的情况也是如此，"该研究的合著者 Vincent Beyrand 解释说。 然而，研究小组发现，这种化石的牙齿成熟模式与人类惊人地相似，在牙齿发育的头五年，后牙落后于前牙。"

苏黎世大学的马西娅-庞塞-德莱昂（Marcia Ponce de León）是这项研究的合著者之一，她解释说："这表明，乳牙的使用时间比类人猿更长，这种早期智人种的孩子依赖成人抚养的时间比类人猿更长。这可能是首个关于延长童年的进化实验。"

这就是检验"大脑袋-长童年"假说的地方。 早期类人猿的大脑并不比类人猿或澳类人猿大多少，但它们可能活得更长。 事实上，在德马尼西发现的一个头骨是一个非常老的个体，在它生命的最后几年，牙齿都没有了。"格鲁吉亚国家博物馆的 David Lordkipadnize 是这项研究的合著者之一，他评论说："如此年迈的个体能够在没有任何牙齿的情况下存活数年，这表明群体中的其他人对他照顾有加。 年长者拥有最丰富的经验，因此他们在社区中的作用很可能是将自己的知识传授给年轻人。 这种三代同堂的结构是人类文化传承的一个基本方面。"

众所周知，幼儿的大脑尚未发育成熟，具有可塑性，因此可以记忆大量信息。 然而，他们需要记忆的信息越多，所需的时间就越长。这就是新假设的由来。 在文化传播增加的同时，儿童的生长速度也会放慢，这就使得老幼之间的信息交流变得越来越重要。 这种传播使他们能够更好地利用现有资源，同时发展出更复杂的行为，从而使他们在进化过程中获得更长的童年（可能还有更长的寿命）的优势。

一旦这种机制到位，自然选择就会作用于文化传播，而不仅仅是生物特征。 那么，随着需要传递的信息量的增加，进化就会有利于大脑体积的增大和成年期的推迟，使我们既能在童年学到更多的知识，又能在食物资源有限的情况下有时间长出更大的大脑。

因此，导致人类发展缓慢的可能不是脑容量的进化增长，而是有利于生物文化进化的童年期延长和三代结构。 这些机制反过来又导致了大脑体积的增大、成年期的推迟和寿命的延长。 因此，研究这种特殊化石的牙齿可以鼓励研究人员重新考虑导致我们这个物种智人的进化机制。

编译自/ScitechDaily