石器制造 人類進化

丁佑

制造和使用工具是人類的一個重要特征。過去，人類學家曾經認為這是人類獨有的、區(qū)別于其他動物的決定性特征。但在20世紀50年代，這一觀點受到了挑戰(zhàn)：生物學家在野外觀察到黑猩猩用樹枝取食螞蟻，這表明人類并非唯一會使用工具的生物。1960年，著名人類學家路易斯·李奇在其著作中寫道：“現在我們必須重新定義工具，重新定義人類，或者將黑猩猩視為人類。”

時至今日，我們既沒有重新定義“工具”，也沒有把黑猩猩當作人類。在過去的幾十年里，科學家們發(fā)現黑猩猩、烏鴉、水獺、海豚和許多其他物種都會使用某些工具。“使用工具是人類的決定性特征”這一觀點已經被科學界所拋棄。人類學家開始尋找其他將人類與其他物種區(qū)分開來的特征，來重新定義“人”的概念。目前，許多學者認為，復雜的社會組織和語言可能是人類獨有的特征。

然而，近年來一些考古學家開始以一種新的方式來看待工具。他們認為，雖然工具不是人類所獨有的，但這并不意味著它們不是人類進化的重要驅動力。人類創(chuàng)造出了復雜的工具，而這些工具是否也反過來塑造了人類呢？舉例來說，擁有了工具之后，人類能更加便利地獲取和處理食物，這也許導致了我們擁有較不發(fā)達的下頜。從石器工具到數碼設備，我們的遠祖和現代人類所制造的工具（以及人類如何制造工具），可能已經修筑了人類的進化之路。科學家認為，人類工具的復雜性、設計和制造它們所需要的復雜思考，以及我們使用它們的頻率，將現代人類和我們最親密的親戚區(qū)分開來。

遺憾的是，關于早期人類的考古證據主要是由骨骼化石和石器組成，科學家很難從中了解到遠古的人類是如何思考和學習的。我們的祖先最初是出于什么樣的想法開始制作工具的？又是什么促使人類制造出越來越復雜的工具的？這些問題一直沒有答案。一些考古學家并沒有完全依賴化石記錄，而是另辟蹊徑，希望通過研究現代人類的大腦，找到一種全新的方式來了解遠古人類的思考方式。

從石器看人類演化

對于訓練有素的考古學家來說，石器是一個獨特的窗口，可以讓他們一窺早已消失的原始人類的想法。石器的制造過程顯示了制造者的思考能力和控制能力。

最早的可辨認的石器出現在330萬年前，它們不過是一堆因撞擊而破碎的石塊。破碎的石塊具有尖銳的“鋒刃”，因此成為最原始的切割工具。制造這種工具不需要什么思考過程，現在的黑猩猩也會使用類似的方法制作簡單工具。

大約在250萬年前，早期人類開始改進石器加工技術。這一時期的代表性石器是奧杜威石器。20世紀30年代到50年代，考古學家在坦桑尼亞的奧杜威峽谷發(fā)現了早期人類化石和大量石器。這些石器比較粗糙，在缺乏石器知識的普通人看來，它們似乎并不像是經過加工的工具。但對于考古學家來說，奧杜威石器意義非凡。奧杜威石器的制造者有意識地用石錘敲打大塊巖石，剝出鋒利的石片，這是一個很大的進步。

石器制造技術在大約170萬年前開始發(fā)生變化，早期的古人類開始制作清晰可辨的手斧。相比小片結構的奧杜威石器，這種手斧尺寸更大，并具有鋒利的“刃口”和圓潤的“手柄”。從非洲到歐洲和亞洲，多處古人類遺址中都發(fā)現了這類石器，它們有的精致有的粗糙，但顯然都是經過了有意雕琢的工具。

這種經有意雕琢過的工具最早被19世紀的考古學家在法國圣阿舍利村發(fā)現，因此這類石器被統(tǒng)稱為“阿舍利手斧”或“阿舍利石器”。這些工具有一定的復雜性，其制造者必須考慮石器的整體形狀，并事先想好多個加工步驟。阿舍利時期的“石匠”會精心挑選特定類型的石頭，有時為了尋找最好的原材料，他們會從很遠的地方搬來大塊的石頭，然后用它們來制造大小合適的工具。

這種計劃、學習和控制能力可能需要更聰明的大腦。化石證據顯示，在阿舍利時期，早期人類的大腦體積增加了一倍，并且擁有了更多類似現代智人的特征。在大約170萬年前到10萬年前，我們的祖先在160萬年中一直在使用阿舍利手斧。很多重要的事件都在這一時期發(fā)生：石器工具發(fā)生了變化，人類體型和大腦的大小也發(fā)生了變化；在這一時期，人類的祖先離開了非洲去探索大陸的其他部分。因此，一些學者認為這是人類進化中最重要的時期，在這一時期，早期人類的身體結構、行為和認知都開始有了比較明顯的“人”的特征。

工具制造重塑大腦

阿舍利時期人類的變化引發(fā)了一場長時間的爭論：在我們的進化過程中，工具制造到底起到了什么樣的作用？工具制造是早期人類最早掌握的重要技能之一，這一能力可能與語言、社交、思考能力和其他能力互相影響，共同發(fā)展。有專家認為，那些既能學習又能交流的工具制造者在自然選擇中占據優(yōu)勢。因為一個原始人如果既能夠快速學習制作有用的工具，又能把這項技術教給他的后代，那么它的后代將有更高的生存概率，這也意味著他有更多的機會將自己的基因傳遞下去。因此，一些人類學家認為，石器和語言在人類進化過程中共同發(fā)展，并推進了人類的進化。

在過去的20年里，考古學家們試圖利用神經科學研究來驗證自己的推測。20世紀80年代，科學家首次實現用儀器實時觀察人類大腦活動。不久后就有人類學家就提出，這項技術可以用于人類學研究。但直到2000年，美國人類學家斯托特才第一次利用大腦掃描技術完成了與石器制造相關的人類學研究。

那么，到底是什么原因使得研究進度如此緩慢呢？首先，大腦掃描技術具有局限性。最強大和常見的腦部掃描技術是功能性核磁共振（fMRI）。核磁共振儀是一種大型精密設備，受試者在掃描過程中必須保持靜止不動，研究人員只能檢測受試者觀看圖像或視頻時的腦部活動。

其次，對現代人而言，石器制造并非基本生活技能。但斯托特想要捕捉與“制作工具”相關的大腦活動，而不是“學習制作工具”的大腦活動。因此，在志愿者們躺進核磁共振儀之前，他們必須先學會制作石器。石器時代的工具雖然看上去簡單粗糙，但制作起來并不容易。在斯托特的研究中，志愿者們平均要經過167個小時的練習來才能做出合格的阿舍利手斧。如今，斯托特辦公室外還遺留著超過一噸重的碎石，這是志愿者們辛勤勞動的見證。斯托特認為，制作石器的難度可以與演奏樂器相提并論。

等到一群志愿者都學會了石器制造之后，核磁共振儀終于派上了用場。研究人員讓志愿者躺在核磁共振儀觀看一段別人制作石器的視頻，并對他們的大腦進行了掃描。通過這種迂回的方式，科學家發(fā)現了與石器制造相關的大腦區(qū)域。例如，志愿者在觀看視頻時，大腦右額下回變得非常活躍，這一區(qū)域與沖動控制和多重任務處理有關。

研究還發(fā)現，工具制造能在一定程度上“重塑”大腦。腦部掃描顯示，一個人練習制作石器的次數越多，大腦相關區(qū)域的腦物質就越多。在最近一項研究中，科學家對現代人類和黑猩猩的大腦進行比較后發(fā)現，人腦中連接右額下回和大腦其他部分的回路比黑猩猩大腦發(fā)達得多。斯托特認為，這兩個實驗結果有力地證明了，工具制造對現代人類的大腦塑造起到了不可忽視的作用。

語言與石器制造

那么，在工具對大腦發(fā)展產生影響的過程中，是否有其他因素參與其中呢？和工具制造一樣，語言也是人類一個非常關鍵的特征，一些人類學家認為語言可能也是人類進化的關鍵因素。但關于早期人類是否會使用語言，學術界一直存在爭議。因此，有科學家想到，如果能證明語言和工具制造會對大腦同樣的區(qū)域產生影響，那他們就有理由推測，語言在人類進化早期就出現了，它也許對人類進化起到了重要作用，并可能是導致我們區(qū)別于其他靈長類“親戚”的關鍵因素。

過去的幾年中，人類學家謝爾比·普特一直致力于研究工具制造和語言是否與相同的大腦區(qū)域有關。在最近一項研究中，她使用了一種名為“功能性近紅外光譜（fNIRS）”的大腦掃描技術。這種技術不像核磁共振一樣需要研究對象一動不動地躺在儀器內，受試者可以頭戴傳感器“帽子”，隨身佩戴著便攜式掃描儀進行活動。該技術的工作原理是：儀器發(fā)射出特定波長的紅外線（易穿透皮膚和骨骼），然后測定大腦不同區(qū)域對紅外線的吸收。腦血管中血液的含氧量高低決定了其光吸收率，而血液會把更多的氧輸送給“努力工作”的腦細胞，造成局部血氧含量的變化。因此，不同大腦區(qū)域的光吸收率可以反映其活躍程度。通過fNIRS技術，科學家能對活躍的大腦區(qū)域進行實時監(jiān)測和精準定位。

在實驗中，普特讓兩組志愿者通過觀看視頻來學習制作阿舍利手斧。第一組志愿者一邊聽著講解一邊看視頻；第二組人觀看的是同樣的視頻，但沒有講解的聲音。起初，有研究人員對這一實驗設計感到難以理解，認為第二組志愿者不可能只通過無聲的視頻學會制作一件自己從來沒見過的工具。

出人意料的是，兩組志愿者最終都學會了制造手斧的基本方法。等他們學會制造方法之后，研究人員就讓他們佩戴上fNIRS裝置進行石器制作。普特期望的實驗結果是，兩組人大腦的語言區(qū)都被激活，這就能表明工具制造和語言是相關的。

然而實驗結果令普特有些失望。兩組志愿者的大腦掃描結果顯示，那些在觀看視頻時聽到了聲音的人，大腦語言區(qū)如預料中一樣呈活躍狀態(tài)；但觀看無聲視頻的志愿者，他們的大腦語言區(qū)卻非常“安靜”。兩組人的相同之處在于，大腦負責“工作記憶”和聲音、圖像處理的區(qū)域都很活躍，這表明他們在努力回想視頻的內容。

這個實驗證明，人類可以在沒有語言的情況下制造出手斧，這與普特此前的觀點相悖。而另一方面，該實驗結果表明，在沒有語言的情境中，大腦能夠依靠工作記憶和運動控制能力來制造工具，而此時活躍的大腦區(qū)域和人們演奏音樂時活躍的區(qū)域基本一致。

這是一個令人興奮的結果。現代人類的實驗可能永遠無法顯示我們遙遠的祖先到底是如何思考的。但是，在考古學家和神經科學家的共同努力下，我們能通過這些研究，更好地理解到底是什么使我們成為人類，而隨著神經成像技術的快速發(fā)展，科學家會越來越接近遙遠的真相。