天地玄黄,宇宙洪荒。生命从无到有,经过亿万年的进化,地球上形成了千千万万形形色色瑰丽神奇的物种。生命演化至今的顶峰是哺乳动物,现代哺乳动物进化的顶峰是灵长类动物,坐落在灵长类进化顶端的是万物之灵,人类。每个人类个体都具有功能强大的大脑、运动系统、循环系统、消化系统、呼吸系统、感觉系统、免疫系统等等,使人类能够驾驭千变万化的自然环境,在地球各处生存繁衍开来,并成功站在了生态系统食物链的顶端。使人类可以完成这艰难复杂任务的正是我们奇妙的躯体。
我们的躯体是由大脑、心脏、肝脏、胃、口耳鼻等器官构成的,那么问题来了,我们身体的器官,还会继续往前进化吗?生物进化的动力源自于自然选择, 但是自然选择需要多样性,自然环境的多样性,选择和适应的多样性,生物体自身的多样性。当今的人类似乎已经变得足够高级而且强大,我们改造自然重塑地球的能力持续快速增长,我们的生活方式和生态环境逐渐变得单一类似,那么促进人类进化的动力会不会就此泯灭呢?另外, 随着科技的发展,毫无疑问人类掌握的技术会使人体的各项功能更强大,比如AI 设备和人体的共生,那么这些设备会不会和人体共同演化呢?未来的人类会长成什么样呢?
一、人类演化历史
俗话说,当局者迷。作为物种演化伟大而静寂过程中的一个小小个体,让我们想象未来人类会长成什么样还是有很大挑战的。如果在回答这个问题之前先回顾人类演化的历史,我们对人类器官演化过程的时间跨度会有一个基本的概念。
按照生物系统的分类,人被划分在哺乳纲、灵长目、人科、人属、智人种(学名为Homo sapiens)。黑猩猩与人类具有最近的共同祖先,而且人类和黑猩猩的基因重合度竟然高达99.4%。 下一次见到黑猩猩,是不是应该一边亲切的喊一句“大兄弟你好吖”。
人类和黑猩猩拥有共同的祖先,南方古猿。大约在700万年前,我们与黑猩猩步入了不同的演化过程,南方古猿经过能人,直立人,海德堡人,最终在20万年前形成了智人,也就是我们现代人。今天,所有的人类都同属单一的群体:智人智人亚种。
那这些演化经历了多久的历程呢? 1970年前后考古发现了南方古猿阿尔法种(Australopithecus afarensis),它距今大约390-290万年,已经能够直立行走并且很可能是树栖的,他们的脑容量很小;之后南方古猿演化出能人(Homo habilis),他们生活在距今大约280-150万年前,他们的脑比南方古猿大大一些,并且骨骼也更加轻盈;再之后在化出了早期直立人,比如距今180-130万年前的匠人(Homo ergaster)。在早期直立人(如匠人)的基础上分化出了直立人(Homo erectus)、尼安德特人(Homo neanderthalensis)、智人等多个人种。直立人生活在距今190-7万年前,能够使用火,拥有自己的文化,他们曾分布在世界上很多地方,北京周口店猿人、蓝田人等都属于直立人。在欧洲,直立人中演化出了海德堡人,他们是尼安德特人的直接祖先。我们现代人类的直接祖先,晚期智人,在大约20-10万年前在非洲成型,并再一次因为气候变化在距今6万年左右时“走出非洲”,经过血淋淋的扩张和征战,智人消灭了欧洲的尼安德特人和地球上其他并行演化的直立人种,成为了地球上最强大的族群。晚期智人在体质特征上和现代人已没有明显差异。
大约从1万年前开始,人类进入新石器时代。真正意义上的“现代人”的时代开始了。然而有记载的可信的人类文明史有多长时间呢? 不过才五六千年! 也就是说,人类真正深刻认识世界认知自我,形成自己的人生观价值观世界观才不过五六千年!而作为一个普普通通的现代人,人生也不过短短不到百年,回想一下人类演化过程中漫长而残酷的以十万年为单位的历史,是不是有种前不见古人后不见来者念天地之悠悠独怆然而涕下的失望和落寞~ 所以,那些憧憬未来的人类长什么样的我们可以预测,人类依然在演化,但是这种依靠自然的演化过程非常缓慢。
举个例子,最新发表在顶级期刊顶级期刊《Cell》上的一篇论文报道了印尼班达海的巴瑶人拥有惊人潜水能力的原因。 巴瑶族,是东南亚的一个穆斯林民族,生活在菲律宾、马来西亚和印度尼西亚之间的海域一带,常被成为“海上吉普赛人”,也被认为是现存的最后一支海洋游牧民族。 多以潜水捕鱼为生的巴瑶人拥有惊人的自由潜水能力,他们能够凭借极为简单的手工装备,屏息潜入几十米的深水之中长达几十分钟,远远超过其他人类族群。问题是,这项惊人的能力是因为他们从小练习潜水造成的呢, 还是天生就有的? 国际团队的科学家们经过形态解析和基因分析,发现和不潜水的民族相比,巴瑶人不仅遗传基因不一样,而且脾脏变大了,大了至少50%!脾脏是人体内最大的淋巴器官,有贮藏免疫细胞以及滤血、储血的功能。更大的脾脏体积意味着可以容纳更多携带氧气的血红细胞,从而使人体能够更适应缺氧环境。潜水能力更强的海豹也拥有更大的脾脏。而且,巴瑶族人增大的脾脏与是否从事潜水无关, 与年龄、性别、身高等也无关。它是天生具备的!然后科学家们经过基因组筛查发现了巴瑶人身上独特的与深潜相适应的基因位点,比如PDEA10基因,它的改变就与甲状腺功能和脾脏大小直接相关。巴瑶人增大的脾脏是几千年来他们的生存文化和自身的生物特性共同演化的结果,显示了人类身体极强的遗传适应性。
从可预测的维度来看,结合历史以及趋势,人体有两个变化是确定无疑的。
首先,未来人类的身高很可能会持续增长。人类身高的研究表明,人类男性的身高,在两万年前平均是1.35米,经过缓慢发展,到三百年前,增加到1.65米,今天则加速达到平均1.76米;人类女性的身材高也同时增长,但女性身材的高度平均比男性矮6 % 至 9 % 。
1880年美国男性平均身高5.7 英尺,现在则是5.10 英尺。 现在美国人两百年来身高平均増高 10 厘米,世界各国身高增长最快的是 荷兰人,现在平均达185 厘米,超过美国和英国人的身高,荷兰人与四十年前相比,长高了约15 厘米。两千年前的《汉书·地理志》称当时的日本人为“倭人”:“乐浪海中有倭人”(倭音 wo)。接着《三国志·魏志》有倭人传, 以后历史上沿袭称日本人为倭人。日本最初也采用倭名,后来认为倭有矮人的歧视义,改称“和”(音同倭),自称大和民族。其实倭的原义是顺从,只不过倭的字形,容易引起矮人的联想,而事实上日本人也的确很矮。
但由于日本人刻意追求提高身材,几千年来日本人矮于中国人的历史,也已一去不复返。现在日本人的平均身高已比他们的祖先增加了20 厘米。其中以近三十年来增长最快,平均増高了 8.2 厘米。中国人的身高也在增长,但似乎不及日本快。据1998年国家体育总局(原国家体委)的《中国成年人体质监测报告》,我国四十岁以上男子比日本同龄男子的身高平均高1.2 厘米,39岁以下的男子则低于日本同龄男子0.68 厘米,中国人四十岁以上的身高优势已成过去式。同样,中国女性的身高也出现低于日本女性的趋势。
但是,身高的增长有没有界限呢?
人类自从两脚直立行走以后,要靠心脏的压力将血液送到身体各部及最高处-头部,身材越高,心脏产生的血压应越大。人的心脏收缩压约相当于120 mmHg,长颈鹿身高五六米,它的血压必须要达到300 mmHg。血压增高对心脏的功能、血管的弹性、都提出了更高的要求,身材高大的人,心脏负担会加重,容易导致供血不足,血管弹性下降,容易破裂溢血等,凡此,当然都影响寿命。
矮个子比较长寿的原因是,矮个子的肢体短小,按人体比例计算,他们的内脏器官大一些,全身的新陈代谢功能也健全些,心脏的负担较高个子轻,不容易因身高引起的代谢功能缺陷而缩短寿命。
其次,在一定时期内,人类的部分脑容量或许会继续增大,连接或许会变得更密集。在200万年的演变过程中,人类大脑体积增加了三倍,负责计划和决策的大脑新皮层明显增加。尤其是在80万到20万年前这段时间的变化过程:为了适应新的环境和频繁的气候变化,以及为了赢得族群内的生存竞争不得不思考的更多,人脑实现了令人震惊的生长(这会不会是智人战胜其他直立人的原因呢)。
从人类自身的进化来看,大脑容量越大,智力层次也越高。但是,显然不是所有有着巨大脑子的动物就比脑子小的物种聪明。牛的脑体积是老鼠的800 倍,但牛并不见得比老鼠聪明多少。蜜蜂的大脑仅有毫克重,却可与哺乳动物一样执行某些任务,比如为寻找食物、为同伴带路、建造家园、灵活的飞行能力等等,但是大象大脑体积是蜜蜂的500 万倍,却行动缓慢,不见得能够比蜜蜂从事更复杂的任务。因为在这些动物身上,脑容量越大,神经元大小增大了,密度却下降了,神经细胞之间不能建立更多更密集的连接。大脑中的神经元太过稀疏,意味着神经元之间的距离较大,神经信号的传递要慢得多。也就是说,大象和鲸本来应该很聪明,但它们神经元和脑容量太大,导致运行效率低下。
幸运的是,与大多数哺乳动物不同,当灵长类动物的大脑变大时,大脑皮层上的神经元大小几乎不变。这有两个好处:一是随着脑容量增大,神经元数量可以随之增加;二是可以让信号传递变得更快,因为神经元的排列变得更加密集。
既然大脑袋有这么大的好处,为什么人类的大脑不持续增长呢? 荷兰神经学研究人员米歇尔·霍夫曼在其研究中指出,高能耗是阻止大脑增长的一个原因。虽然大脑的重量只相当于人体重量的2%,但要消耗肌体能量的25%,使用量远远高于其他任何器官。如果大脑继续生长,就会从其他重要器官夺走更多的能量和养分,令人类的生存能力受到威胁。另外,随着大脑消耗更多的能量,运行速度也会变慢。如果大脑中的神经连接变多变细,就会碰到热力学极限,正如计算机芯片上的晶体管所遇到的问题一样:容易产生“噪音”。热动力学定律针对神经元而设置的这种智力限制使得“增大体积”这种策略带来的投资回报率越来越低。
那么,人脑将来还会怎么变化呢?
或许我们可以从一篇发表在顶级期刊Science上的关于大脑与脸部识别的论文得到启发。大脑有一个负责人脸识别的脑区,叫做梭状回(fusiform gyrus)。此前的研究表明,从青少年到成年的发育成熟过程中,人类大脑皮层的体积是逐渐减少的。但是斯坦福大学的研究者发现,随着人的成长,负责人脸识别的梭状回的体积是不断增长的!成人组的梭状回实质体积要比儿童组大12.6%,而且年龄越大,这一脑区的实质体积越大。但是作为对照,人脑中负责地点识别的脑区却没有发生和年龄相关的变化。从儿童到成人,随着社交圈子越来越大,脸部识别能力也是逐渐提高和成熟的。而这个研究告诉我们,和大脑成熟过程中整体的灰质体积变化趋势不同,脸部识别功能成熟的基础,是相应脑区灰质体积的增加。研究者进一步分析说,对这个过程贡献最大的,是从神经元发出的粗短分支——树突的增加和生长。就是说,梭状回中神经元之间的连接数量有了可观的增加。
随着现代社会进步,人与人的之间的物理距离越来越小,一个人每天要识别的人脸信息要远远超过过去,这会不会导致人脑中的梭状回发生变化呢?沿着这个思路,随着人类分工越来越精细化,某一类族群长期从事某一特定职业,与这些职业相关的属性会不会影响大脑的功能呢? 比如搞销售的人越来越善谈,程序猿手指控制能力越来越强? 这些对自然选择的适应或许都需要漫长岁月的验证。
参考文献
https://medium.com/immortal-coin/artificial-organs-the-future-of-transplantation-c33c2d5308b
2. Physiological and Genetic Adaptations to Diving in Sea Nomads
3. 《环球科学》:人类智力已至极限_科学探索_科技时代_新浪网
4. Microstructural proliferation in human cortex is coupled with the development of face processing
5. 人长大了,识别人脸的大脑区域也在变大 | 科学人 | 果壳网 科技有意思
来源: 科普中国-星空计划(创作培育)
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