2002年4月10~14日,在纽约的布法罗举行了约1200名研究人员参加的美国体质人类学家协会第71届年会。大脑进化是这次会议的最热门话题,内容包括供给脑进化所必需的饮食和采用先进的技术检查进化中大脑形状的改变。
一般把人类祖先的概况描述为:强壮的猎人把牛羚(角马)带回家,利用石具切割鲜肉,并以大草原上的动物尸体为食。但更确切的情形可能是:古代的渔民们跃入平缓的湖泊,并占据海岸,以鱼、海鸟卵、软体动物及其他海产食物为生。
本届年会吸引了人类学家、神经化学家、营养学家和考古学家们的参加,会议重点讨论了人类祖先进化至今所依赖的w-脂肪酸(大脑发育少不了这类脂肪酸)。虽无人主张这类脂肪酸是大脑和其他器官在进化过程中所必需的,可大家一致认为,人类祖先必是以食用贝类和鱼为主。正如多伦多大学的营养学家斯蒂芬C坎恩尼(Stephen C. Cunnane)所说:“海岸饮食对人类大脑的发育是必不可少的。”
大脑组成物质的约60%是脂类。其中绝大多数是以两种长链不饱和脂肪酸的形式存在。即二十二碳六烯酸(DHA)和二十碳四烯酸(AA),分别称作w-3和w-6脂肪酸。发育中的胎儿如缺乏了DHA或AA,会出现灾难性后果。这些脂肪酸对于胎儿大脑的生长以及出生后大脑功能的发挥,起到十分关键的作用。缺乏这类脂肪酸的婴儿和其他动物都显示出认识能力低下,并造成视觉问题(DHA在视网膜中的含量最高)。最新的研究数据说明,消除了这些脂肪酸的成体会引发多种缺失病的出现,如诵读困难,老年性痴呆和精神分裂症,还有一些其他方面的问题。
人们必需含有DHA和AA的饮食。因为身体不能尽快由存在于蔬菜、坚果、亚麻子等中的其他脂肪酸合成这些分子。虽说DHA的最佳来源是甲壳类和鱼,尤其是冷水鱼如蓝鱼和鲱鱼(青鱼)。可这些脂肪酸,也存在于某些动物的肝脏和大脑中。科罗拉多州立大学的生理学家洛伦 · 科登(Loren Cordain)如是说。
但是,人类祖先不可能单靠食用动物脑满足大脑发育的需求。据分析,一吨重的犀牛的大脑只有300克。靠猎物供给,仅仅是很小的部分,远远满足不了孕妇、哺乳的妇女及儿童们的需求。为了获取可靠的DHA来源,我们的祖先包括妇女都加入到捕鱼的行列中。地球化学家利 · 布罗德赫斯特(Leigh Broadhurst)推测:从许多考古学的场所位于江河湖泊这点看来,人类祖先必然是充分发挥了这些明显资源的优势。
神经化学家诺曼 · 塞勒姆(Noman Salem)认为,上述假说有明确意义,可以预料,随着早期大脑的发育,人类大脑中DHA的高含量持续至今。大脑的进化,与周围水中的可用的海资源密切相关。
情况确实如此。从过去10万年前人类考证的考古学记录来看,在7万年前南非的Blomboscave,或许更早在9万年前萨伊的Katanda,发现有表示出渔业盛行的骨头(无数贝壳类和鱼骨的堆积)。但在这以前很久,人类大脑已经过了突发性增大,或许是始于约200万年前生活在非洲和亚洲的类人类。但利用研究牙齿或骨骼中碳和锶比例的方法重建当时的食谱,迄今还未能确定人类祖先是否以海产品为主食。
南非开普敦大学的朱莉亚L · 索普(Julia Lee Thorpe)说,虽有测定钡比例的技术对此可进行研究,但要测定类人类遗留下的蛛丝马迹,绝非易事。在哈密尔顿的地质学家亨利 · 施瓦茨(Henry Schwarcz)说,200万年前,海拔比现在低10米。当时以鱼为食的人群居住的地方是现在淹没了的海岸。许多类人类生活在非洲附近的大量湖泊处,他们的骨骼化石,最终将证实是鱼类供养人类祖先的这种思想。
关于脑进化的热点话题
无疑,人类为自身硕大的大脑而自豪。但正是进化中大脑的隆起部分,成为本次会议讨论的焦点。现在看来,比起黑猩猩人类大脑确实有着更多的正常记忆。提交会议的新的成像技术揭示,人类大脑右半球上的隆起部分,在黑猩猩中是没有的,指示进化中人类大脑的这些扩大的区域,可能有助于处理说话的节律和声调。佛罗里达州立大学的人类学家迪安 · 福克(Dean Falk)说:“一般认为,人类大脑的左半球最重要,因为左半球与语言密切相关。但令人吃惊的是我们看到了更多的变化是在右半球上。”
这种发现虽说是初步的;利用磁共振成像(MRI)这一新技术,对人、黑猩猩以及古人的头颅骨进行分析比较,业已获得了一致好评。神经生物学家帕特里克 · 甘农(Patrick Gannon)十分信服MRI,并对其推崇备至。
MRI技术作为国际项目的一个组成部分——对人脑的活力作图,以此追踪脑组织对氧的利用。为比较对不同人使用不同成像方法的结果差异,卡尔 · 齐利斯(Karl. Zilles)领导的小组发明了一个软件系统,可使脑图缩小或扩大至标准尺寸,不存在调节大小的问题。
齐利斯认为,他可以熟练运用这项技术,对大脑的两个半球进行横向比较;并可对不同种的人、黑猩猩和已灭绝了的类人类进行纵向比较。齐利斯和福克——利用MRI制备了高精度的有效颅腔模型:即人类大脑左右两个半球的三维计算机成像,并利用软件系统对两个半球进行比较,发现了两个已知的不对称的隆起点——处于右眼后前叶面上和大脑背后的左枕叶上。同时还发现了不对称点,包括右脑比左脑大的许多区域,如从眼窝后到脑背后的隆起的半圆。
研究人员还对这些扩大的区域在进化中的变化情况进行了观察。他们制备了10个人脑的有效颅腔模型;因不能对黑猩猩直接应用MRI,所以先将7个倭黑猩猩的脑壳浸泡在水中,利用MRI使脑壳中的水成像——显示出脑的形状。对每个种的颅腔模型进行平衡,然后利用软件系统使脑图弯曲;并把黑猩猩的颅腔模型图覆盖在人的颅腔模型图之上,以此观察不同区域的进化情况。另外还利用覆盖了标记功能的人类脑图所显示出不同区域的功能,发现了右颞部后的一个点(人类比倭黑猩猩要小)被认定是用于分析声音的区域。
比较人和黑猩猩的大脑的研究,发现了5个不同热点,其中3个明显的是在右半球上。福克把人、黑猩猩和收集到的13个类人类的颅腔模型进行了比较分析。13个颅腔模型包括有250万年前的南方古猿和较近期的原始智人,以及尼安德特人。发现始于南方古猿的颅腔其前叶开始扩大,这一点和其他区域,如太阳穴(颞部)后叶的底部,在原始智人和尼安德特人中隆起的更加明显。福克注意到,新定位的左右脑之间的不对称点,是化石中真正明显变化的区域。
今后的任务是计算出扩大的脑区所起的具体作用,看是否能反映出次于颅腔的、并非组织重排的更深层次的结构变化。福克认为,右半球上隆起的半圆,对于认识说话的语韵特点,如节奏、声调和感情内涵,可能是十分重要的。齐利斯说:“令包括我本人在内的绝大多数人吃惊不已;一般公认是左半球控制语言,可许多变化却出现在右半球.....”
[Science,2002年5月3日]