气候改写人类进化

　　撰文：彼得·B·德曼诺克（Peter B. deMenocal） 

　　本文作者彼得·B·德曼诺克是美国哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球观测站（Lamont-Doherty Earth Observatory）地球与环境科学学院的教授，也是美国国家科学院报告《气候对人类进化的影响的撰写者之一。

　　翻译：刘雨歆

　　气候变化是影响人类数百万年进化历程的重要因素之一。科学家发现，湿润和干燥环境交替出现迫使我们的一部分祖先进化出现代人的特征，也让其他古人类走向灭绝。

　　如今，越来越多的科学家相信气候变化可能对人类进化过程产生了深远影响。非洲气候的两次巨大变化与人类进化道路上的两个关键时期恰好吻合。第一次剧变发生于290万~240万年前。人类著名的远亲“露西”和她的族人（南方古猿阿法种）在此期间灭绝，而另外两个截然不同的族群却在此时诞生，其中一支拥有某些类似于现代人的特征，如容量较大的大脑。这一族群正是我们“人属”（Homo）的最早祖先。与“人属”祖先同时诞生的另一个族群“傍人属”（Paranthropus）则拥有全然不同的外貌特征：它们身材壮实、下巴宽厚，但该族群最后走向了灭绝。

　　第二次剧变发生于190万~160万年前。大脑体积更大、食用更多肉类的“直立人”（Homo erectus）在此期间诞生。它们拥有更高、更柔韧的骨架，也是第一个走出非洲，在东南亚和欧洲生息繁衍的古人类族群。

　　为何这些人类进化史上最重要的里程碑事件会集中发生在这两个时期？不少科学家认为原因或许可以归结为两次气候变化。在这两次生态剧变之前，非洲气候都曾经历漫长的渐变，将人类诞生的摇篮逐渐变成了干燥、植被稀疏的草原。在大环境缓慢变化的同时，气候也在雨季和旱季之间摇摆变化。为了生存繁衍，我们的祖先必须适应快速变化的自然环境。

　　从新近获得的一连串数据中，我们可以知道在人类进化历程最关键的时期，非洲的气候和植被发生了怎样的变化，以及为何会发生这些变化。只有那些能够适应环境变化的生物——即在饮食起居方面表现出较高灵活性的物种才能生存繁衍。这种面对新环境能够灵活应变的能力似乎已成为人类世系传承至今的特质。美国史密森尼学会的古人类学家里克·波兹（Rick Potts）将人类能适应环境的这种特质称为“变异选择”（variability selection）。

　　气候塑造了生命进化 

　　早在达尔文时代，就有了将气候变化和物种进化联系在一起的理论。达尔文的基本假设是，大范围的气候变化会严重影响该地区的食物供给、居住条件和其他可用资源。当某种赖以生存的食物消失或是漫长的旱季取代了原本的雨季时，物种会面临巨大的生存压力，迫使它们要么适应环境，要么就此灭绝或进化成其他物种。环境是由气候决定的，它更青睐那些拥有优良性状和相应基因的物种。随着时间推移，这些生物的生存概率将大于其他生物，它们的基因也逐渐取得了主导地位。

　　对于人科动物（包括现代人和我们已经灭绝了的近亲）来说，环境对进化到底有何影响？科学家曾经提出“稀树草原假说”（savanna hypothesis），认为我们的古人类祖先拥有更发达的双足、较大的大脑和制作工具的能力，因此也更能适应迅速扩张、资源竞争激烈的稀树大草原，并把我们的类人猿祖先留在了逐渐消失的森林里。

　　不过，稀树草原假说现在已经过时了。在古人类的进化史上，栖息地从森林搬到草原的这种转变并不只发生过一次。实际上，当时的气候经历了一系列从湿润到干燥的反复摇摆后，环境才逐步变得干旱。另外，我们的祖先并不是一下子就获得了现代人特征，而是在环境发生变化时经过了一系列集中发生的进化事件后才逐渐出现的。

　　摇摆不定的气候 

　　在陆地和海洋中有很多证据可以表明环境发生过几波剧变，地球生物也曾经历过数次爆发式进化。地质学家通过钻取非洲海岸附近的海底沉积物来获得“时空胶囊”，让我们得以从柱状沉积物（沉积岩芯）里读取古代非洲自然环境的完整记录。

　　深海沉积物的成分主要是远古海洋浮游生物留下的白色碳酸钙外壳化石及由强烈季风从非洲和阿拉伯地区吹来的砂粒状深色泥土。如果混合物看起来颜色较深且含有较多砂质，就意味着那是一个较为干燥、尘土飞扬的时代。如果混合物看起来颜色较浅，就代表当时雨水较多，气候潮湿。

　　从分离出来的沉积物岩芯中，可以看到交替出现的浅色和深色沉积层，每层的厚度大约是3英尺，代表每23000年就会发生一次气候转变。现在研究人员已经完全了解，非洲气候在湿润期和干燥期之间持续波动。

　　气候波动反映出非洲和亚洲季风气候对地球轨道的摆动十分敏感——后者的变化周期正是23000年。地球轨道的摆动会改变在特定季节里达到地球表面的阳光总量，进而影响季节性降雨量，让某些地区变得更加潮湿或更加干燥。

　　“露西”——最后的阿法种 

　　地球轨道的周期运动给非洲带来了“湿润－干燥循环”的气候，并缓慢形成干燥、开阔的草原环境。在将近800万年前，东非地区的小片草原首先开始扩张，像塞伦盖蒂平原这样的大草原直到300万年前才出现，而人类进化历程的一次大剧变也恰恰是在那个时候出现。我们失去了“露西”，她属于一个相当成功的物种——“南方古猿阿法种”。这个族群大约起源于390万年前，然后在东非生活了90万年之久。但在300万年前，“露西”的族群就从化石记录里消失了。

　　随后，“傍人属”出现。在260万年前，石斧和石制刮削器首次出现。又过了数十万年，早期“人属”成员的化石终于出现。人类谱系和技术革新上的种种飞跃式变化都发生在整体气候剧变之时，而我们对此的了解完全得益于科学家进行的“侦探式”研究工作——对植物在干旱和湿润期留下的“指纹”进行追踪。

　　食物与环境 

　　植被变化很可能对人类祖先产生了深刻影响——因为我们不仅生活在环境之中，还要从环境中取食。科学家最近也开始对人类祖先牙齿化石里的同位素组成进行分析。很多现代人牙齿里的碳同位素比例应该明显向C4方向偏移，因为我们食用的大部分食物如牛肉、软饮料、零食和糖果等都来自玉米——玉米是一种C4植物。

　　史前食物结构的改变似乎是人类进化史上第二次重大事件的一部分，大概发生于近200万年前。从化石记录看，“人属”的早期成员和“傍人属”的饮食结构就是在这一时期开始有所不同。“傍人属”的一支——“鲍氏傍人” （Paranthropus boisei）的食物范围比较狭窄，基本以C4食物为主，而早期“人属”成员拥有丰富多样、灵活易变的饮食结构，其中C3和C4食物之比大约为65∶35。也得以能够世代繁衍并最终进化出人类。

　　人类起源之谜 

　　过去十年间，科学家又发明了一种极有前途的新技术用以持续追踪植被变化，所有陆生植物的叶子上都有蜡质覆盖层，可以防止植物受伤和脱水。在植物死亡或受到磨损后，这些蜡质覆盖层就会连同矿尘和其他颗粒一起被风吹走。蜡质覆盖层由牢实的脂质小分子组成，不容易降解，而且还拥有该植物的碳同位素特征。通过研究某种蜡质覆盖层的数量可以帮助研究人员推测远古草原上草与树木、灌木的比例。

　　运用这一手段，研究人员证实东非草原在300万~200万年前曾经大范围扩张，扩张比例可能高达50%。研究人员还发现，在沉积层中找到的蜡质物质会随着沉积层的变化而变化，而沉积层的变化则反映了地球轨道周期与季风导致的环境变化。这说明草原和森林曾经在较短的时期内来回转变，其转变幅度之大几乎与森林向草原的长期性转变相当。

　　如今，我们对人类起源过程和原因的了解正变得越发清晰。一系列新证据表明，非洲的气候曾发生过一系列周期性的变化以及两次重大变化，从而造就了非洲大草原，也有部分证据表明，我们的祖先拥有适应气候变化的能力所以繁衍至今。研究人员也已经开始着手进行更深入的研究，以进一步确定气候变化和重大进化事件之间的联系。人类究竟是如何起源的？这一古老问题的答案似乎已不再遥不可及。