為什麼人類的身體幾乎沒有毛髮?

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Image caption 毛髮減少是人類進化的一部分(圖片來源:SPL/Alamy)

仔細觀察你的親友,甚至陌生人。有沒有發現奇怪的地方?

不要觀察他們的大鼻子或奇怪形狀的眉毛。看看他們身上的毛髮——或者哪裏不長毛。

這可能並不奇怪,因為我們已經習慣於身上毛髮較少。但是當我們把自己與其他哺乳類動物和與我們親緣關係最近的猿類相比時,我們會驚奇的發現人類是唯一毛髮如此稀疏的哺乳類動物。

和毛髮濃密的黑猩猩、倭黑猩猩以及所有其他的靈長類不同,人類的皮膚大部分都是裸露的。這是我們進化的結果,儘管毛髮有它的好處:它可以隔熱、保暖、保護皮膚,某些情況下還是一種有用的迷彩。既然它有這些優勢,那麼為什麼人類在進化中失去了大部分的毛髮呢?

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Image caption 我們在出生時就幾乎沒有毛髮(圖片來源:Getty Images)

查爾斯·達爾文(Charles Darwin)是第一個告訴公眾人類起源於像猿類一樣的祖先的人。他也奇怪為什麼人類的毛髮如此稀疏。

「沒有人認為皮膚裸露對人來說有任何直接的好處;所以,人體不可能是通過自然選擇失去了毛髮,」達爾文在《人類的由來》(The Descent of Man)中寫道。

他提出我們失去大部分毛髮是性選擇的結果:我們偏好毛髮較少的異性,所以毛髮較少的人變得更為常見。

但是,這不可能解釋一切。在出現對少毛髮人的偏好之前,首先人類要開始失去毛髮。

人類最早的祖先人族(hominis)長得像猿類。毛髮對他們來說很有用,可以幫助他們在寒冷的夜晚保持溫暖。

一定是出現了某種力量,推動人族在進化的過程中失去毛髮。

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Image caption 與我們親緣關係最近的動物,毛髮比我們多得多(圖片來源:Getty Images)

數百萬年前,幾個人族族群在地球上遷徙漫遊。它們包括320萬年前的阿法南方古猿(Australopithecus afarensis),也就被稱為著名的化石「露西」的族群。

這些人族長得像猿類。露西非常像黑猩猩,除了她可以直立行走,腦子也稍微大一點。她的皮膚沒有能夠保存下來,但是她很可能毛髮濃密。

不過,在兩三百萬年前,我們的祖先開始在空曠的平原上居住。這就意味著每天他們要經受數小時熾烈的陽光。

大約同時,他們開始捕獵,吃更多的肉類——而空曠地的獵物更多。人類遷移至空曠地區可以解釋人類的毛髮為什麼會減少。

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Image caption 320萬年前的露西已經可以直立行走(圖片來源:Elisabeth Daynes/SPL)

20世紀90年代,英國利物浦約翰摩爾斯大學(Liverpool John Moores University)的彼得·惠勒(Peter Wheeler)提出了一個數學模型,它可以計算出人族在空曠地帶生存需要減少多少毛髮。如果大腦的溫度過高,人族的思維過程會受損。

如果人族身上長滿毛,他們就無法快速散熱。惠勒的推理是發生了兩個相關的變化,讓我們的祖先保持較低的體溫。

其中之一是直立行走。這意味著只有上半身被陽光直接照射到。

但是,人族也開始長距離奔跑。這意味著他們可以追逐大型獵物直至它們筋疲力盡。但是這也可能導致他們體溫過高。為此,他們需要減少毛髮——以幫助排汗。

人族與黑猩猩一樣體毛繁盛,無法承受中午強烈的日照。因為無法打獵或覓食,他們就只能躲在樹蔭下,浪費數小時寶貴的時間。同樣道理,現代的黑猩猩也躲在森林的樹蔭裏。

而與之相反,英國牛津大學的塔瑪斯·大衛·貝雷特(TamásDávid-Barrett)說,原始人可以通過排汗來「散熱」,這一能力幫助他們在中午也可以活動。

「能夠花整個中午尋找伴侶或與敵人戰鬥成為他們的巨大優勢。」他說,「排汗是前提,而高效率的排汗就需要身體大部分地方沒有毛髮。因此,排汗成為一種有用的功能,而減少毛髮也變得有用。」

按照理論,人類依靠體毛少和排汗旺盛的優勢可以延長捕獵和追逐富含營養的大型獵物的時間,這最終幫助我們獲得所需能量,促進大腦的發展。

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Image caption 赤猴也排汗旺盛(圖片來源:Getty Images)

如今,人類是現存排汗最旺盛的靈長類動物。我們有500萬條汗腺,又名外分泌腺。根據美國賓夕法尼亞州立大學(Pennsylvania State University)帕克校區(University Park)的人類學家妮娜·加布隆斯基(Nina Jablonski)的估計,人類一天最多出汗12升。

加布隆斯基說,雖然其他靈長類動物也會出汗,但是它們的汗腺密度比人類低很多。接近人類汗腺水平的少數幾種動物也是因為同樣原因進化的結果。

比如,熱帶地區身手敏捷的赤猴就擁有大量汗腺。「它們之所以擁有相對高密度的汗腺也是基於同樣的理由,為了保持涼爽。」加布隆斯基說,「不過,它們並沒有達到人類的程度,並沒有失去大部分體毛。」

然而,在惠勒提出了他的觀點後,我們發現人族早在進入空曠環境生存之前就已經學會了直立行走。露西可以直立行走,很長一段時間以後才出現氣候變化,迫使人族進入森林較少的地區生存。

這就意味著直立行走可能並不是毛髮減少的主要原因。人族尚未開始大量奔跑。

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Image caption 人類奔跑數小時的能力被認為是人類成功的關鍵(圖片來源:Getty Images)

然而,直立行走在人類向炎熱、空曠地區遷徙的過程中成為一個便利條件。

直立行走以及最終的跑步能力後來成為人捕獵和躲避肉食動物的重要優勢。此時,直立行走有可能促進了毛髮減少,反之亦然。

「你的毛髮越少,雙足站立的優勢就越大。而你直立的時間越長,你減少毛髮所得的優勢就越大。」大衛·貝雷特說,「這兩個因素可能是互相促進的。」

那麼,關鍵問題就是人族何時開始認真跑步的。一支已經滅絕的人族的身體結構表明他們非常適合奔跑。

180萬年前,地球上首次出現直立人(Homo erectus)。他們雙足站立,腦容量超過了他們的祖先。直立人也是首批冒險離開非洲的人類,他直接是我們的祖先。

這符合加布隆斯基的觀點。「毛髮減少和汗腺增多差不多在同一個時候開始進行,都發生在人屬(Homo)早期的進化過程中。」

關鍵在於直立人的身體為奔跑進行了大量的調適。他們的跟腱很長,這是黑猩猩和大猩猩所沒有的,細腰和窄肩讓他們的身體和頭部可以獨立擺動。

到此為止,情況開始變得明朗。不過,排汗降溫的假設還存在一個不符合大衛·貝雷特的觀點的瑕疵。

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Image caption 直立人有可能已經會使用火來在夜間取暖(圖片來源:Christian Jegou/Public Photo Diffusion/SPL)

惠勒早期的模型並不能解釋夜間溫度驟降時人族如何保暖。假如沒有毛髮,他們將無法抵禦寒冷。

2016年5月,大衛·貝雷特和他的同事羅賓·鄧巴(Robin Dunbar)在《人類進化期刊》(Journal of Human Evolution)上發表論文,試圖解釋這一問題。

他們認為,沒有毛髮的人族需要通過燃燒更多的卡路里來熬過晚上。這就意味著我們的祖先需要在白天吃卡路里豐富的食物來支持身體。

大衛·貝雷特認為要做到這一點,人類必須開始規律食用煮熟的食物。

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Image caption 一些人的毛髮較為茂盛(圖片來源:Getty Images)

根據哈佛大學理查德·蘭厄姆(Richard Wrangham)首先提出的討論較多的假設,人族在200萬年前就開始烹煮食物。蘭厄姆試圖通過這一假設解釋人族獲得這麼大的腦容量的方法,但是他的觀點同樣也可以解釋我們的祖先在沒有毛髮的情況下如何熬過寒冷的夜晚。

大衛·貝雷特指出,假如人族已經開始烹飪,他們就肯定已經會使用火。火不僅可以改善他們的飲食,還可以提供熱量,讓他們在夜間取暖。

不過,這一觀點成立的前提是烹飪的出現確實如蘭厄姆所認為的那麼早。沒有考古學證據證明人族在200萬年前就開始使用火。2016年3月發表的一個研究認為50萬年前烹飪才普及。

儘管存在這些挑戰,排汗假設仍然是解釋人類失去毛髮的首選。不過,也存在其他一些解釋。

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Image caption 當我們感到很熱時,應該感謝我們有出汗的能力(圖片來源:Getty Images)

一種觀點認為人類早期很多時候在水中活動,他們像海像和鯨魚一樣需要無毛的皮膚以便提高游泳的效率。不過,這一「水中猿類」的觀點基本不可信。一個漏洞就是水中有毛皮的生物也可以正常游泳:比如帶有毛皮的海豹和水獺。

另一種觀點認為,毛髮減少是為了消除寄生蟲。這個觀點的問題在於它並未解釋為什麼其他靈長類動物的毛髮得以留存。

然而,在過去的20年間,科學家開始把目光轉向一個新的證據來源:遺傳學。

2004年的一項研究發現,MC1R基因的一種變異早在120萬年前就已經存在。已知該變異與深色皮膚有重要關係。

這一點很能說明問題,因為裸露的肌膚只有在頻繁暴露在光熱下才會變黑。第一批無毛皮膚很可能是粉色的,後來熱帶的陽光迅速將其變成深色皮膚。MC1R變異的存在說明我們的祖先在120萬年前就能夠開始皮膚變深和毛髮減少的過程。

進一步的證據來自虱子。2004年發表的一項研究對寄生在人毛髮中的虱子的進化過程進行探究。他們發現在頭髮和陰毛裏生存的虱子分屬兩類,它們的分化時間是118萬年前。

「我們的假定是這兩種虱子之間隔著大片的裸露皮膚。」 利物浦約翰摩爾斯大學(Liverpool John Moores University)的戴夫·威爾金森(Dave Wilkinson)說。所以,虱子的分化反映了人類胸毛減少的現象。「這一推測並不比其他推測更有可能。」他說。虱子分為兩種也可以是因為「遠古人類與較新近人類發生了直接的身體接觸。」

所有關於毛髮減少的研究所存在的一大難題是其基因根源仍未解開。遺傳學無法徹底理解外分泌腺是如何形成的。

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Image caption 失去毛髮讓我們成為現在的人類(圖片來源:SPL/Alamy)

他們現在正在一步步靠近真相。2015年,科學家通過對老鼠基因的細微調整表明汗腺的產生與毛髮的產生有密切關係。

「從發育過程來看,在胚胎期,這些組織都來自皮膚」賓夕法尼亞大學的第一作者亞那·坎貝羅夫(Yana Kamberov)說,「它們接受的指令來自同一個源頭。皮膚可以決定生長汗腺或是毛髮,它們的生長空間也是一樣的。」

亞那的團隊作出了關鍵的發現,汗腺和毛囊的生長呈負相關。當某一種基因高度活躍時,老鼠的汗腺就多於毛髮,而當這一基因不活躍時,老鼠的毛髮較多,汗腺較少。

其中的細節仍未確定。「我們不知道這些變化是在什麼時候發生的。」坎貝羅夫說,「我們不知道如果是毛髮先減少,隨後汗腺才開始擴展;還是兩者同時進行。」

不論如何,坎貝羅夫的研究說明惠勒一直都是正確的,至少在總體上是這樣。毛髮減少與我們的排汗功能有密切關係,甚至在基因層面也是這樣。這又關係到我們的奔跑能力和捕獵大型動物的能力,並最終與大腦的進化有關。

現在可以換個角度來看待你身邊毛髮較少的朋友了。毫無疑問,人類的毛髮出奇的少。但是似乎這不只是進化中的意外:它關係到我們成為人的進化過程。

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