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Science:为使用工具而生的手,比想象中出现得更早?

摘要 : 在过去人们认为,距今300~200万年的南方古猿非洲种(Australopithecus africanus)不能够制造工具,然而当研究人员对其手掌的骨松质结构进行生物力学分析后却发现:南方古猿非洲种的掌骨形态结构与现代人非常相似,可以把自己的拇指与其余四指有力地对握,因而很有可能具有使用工具的能力。研究论文于1月23日发表在《科学》(Science)期刊上。

 想要制造工具或是更好地使用工具,人的拇指必须得精准而有力地与其余四指对握。从这一点来看,现代人的手简直就是为了制造工具而设计的。在过去人们认为,距今300~200万年的南方古猿非洲种(Australopithecus africanus)不能够制造工具,然而当研究人员对其手掌的骨松质结构进行生物力学分析后却发现:南方古猿非洲种的掌骨形态结构与现代人非常相似,可以把自己的拇指与其余四指有力地对握,因而很有可能具有使用工具的能力。研究论文于1月23日发表在《科学》(Science)期刊上。

人类骨骼外层是坚硬的骨密质,内部则是疏松的骨松质。骨松质很像海绵,内部结构极其复杂。骨骼会主动适应外界压力,改变自身形态,这也会改变骨松质的体积与密度。所以说,虽然我们没法回到三百万年前去观察一只南方古猿,但是通过对骨松质的研究,就可以反推出其生前的行为与习惯性动作。

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骨骼外层包裹着致密坚硬的骨密质,而内部则是海绵状的骨松质。图片来源:cristales2014.org

研究者找来了距今200万年左右的南方古猿非洲种掌骨化石,距今6万年左右的尼安德特人(Homo neanderthalensis)掌骨化石,类人猿的掌骨,以及现代人的掌骨进行对比研究。另外又找来了其他一些早期人类的化石以辅助对比。现代人与尼安德特人都是出色的工具制造者和使用者,而类人猿则不然。虽然类人猿可以使用乃至制造工具,但这并不是它们生活中的主要习惯。所以,如果南方古猿非洲种的掌骨更接近现代人或尼安德特人,则可以证明这些早期人类也有制造和使用工具的能力。

事实证明,他们的猜想是正确的。

利用CT扫描技术,他们将每块骨头都转化成了计算机上的模型,并让骨骼内部结构一览无余。扫描结果显示,在类人猿的第一掌骨(与大拇指相连的手掌骨)中,骨松质的体积在骨骼两端都很大,且近端(靠近手臂的一端)的密度比远端均匀——这样的骨骼形态是为了适应它们的树栖生活和四足着地的行走方式。与此相反,尼安德特人与现代人类的每根掌骨中,骨松质的体积都不大,并且第一掌骨两端的骨松质密度都不均匀,靠近掌心的一侧密度更大——这样的结构更适合于工具的制造与使用。在第三与五掌骨中,人与类人猿也有所差异:大猩猩等类人猿的这两根掌骨中,骨松质的密度中心在手背一侧,而人类则在手掌远端。

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在不同的行为习惯中,骨骼所应对的压力环境也不相同,因而会产生殊异的骨骼形态结构。图片来源:研究论文

当研究人员把南方古猿非洲种的掌骨结构图拿出来对比后,令人惊喜的结果出现了。南方古猿非洲种的掌骨与习惯于制造和使用工具的现代人和尼安德特人十分接近。在骨松质的结构上,他们第一掌骨的近端,以及第二、三、四掌骨都有很多的相似之处。与此同时,他们的掌骨也保留了一些类人猿的形态。因此综合看来,南方古猿非洲种的掌骨形态结构介于人与类人猿之间。他们已经能够像现代人一样有力地对握自己的手指,也有能力制造并使用工具,但是那些较原始的性状还没有完全消除。

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图中显示了第一掌骨的形态,骨骼中的颜色越深表明骨松质密度越大。从左到右依次是类人猿、南方古猿非洲种、南方古猿粗壮种、尼安德特人、早期智人与现代人。可以看出,南方古猿非洲种的掌骨接近会使用工具的人,同时也和类人猿有相似之处。图片来源:研究论文

我们之所以能在进化的历史长河中获得今天这样的双手,关键在于我们退出了树栖生活并且与工具为伴。对于这一点,学术界已经达成了共识。但是,我们的祖先到底是在何时开始了这样的转变?这一研究成果无疑能够帮助我们找到答案。至少在300到200万年前,我们的祖先就已经能够制造和使用工具,并且离开森林了。而在过去,我们一直认为能人(Homo habilis)是最早学会制造工具的早期人类——“能人”这一名称本就是意指他们具有制造工具的能力。现在看来,这一结论或许要被改写了。

原文链接:Human-like hand use in Australopithecus africanus

The distinctly human ability for forceful precision and power “squeeze” gripping is linked to two key evolutionary transitions in hand use: a reduction in arboreal climbing and the manufacture and use of tools. However, it is unclear when these locomotory and manipulative transitions occurred. Here we show thatAustralopithecus africanus (~3 to 2 million years ago) and several Pleistocene hominins, traditionally considered not to have engaged in habitual tool manufacture, have a human-like trabecular bone pattern inthe metacarpals consistent with forceful opposition of the thumb and fingers typically adopted during tooluse. These results support archaeological evidence for stone tool use in australopiths and provide morphological evidence that Pliocene hominins achieved human-like hand postures much earlier and more frequently than previously considered.

来源: Science 浏览次数:52

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