人類如何進化成長跑健將?

廖俊棋

論短跑速度，人類在動物界成績平平，但是在長跑的耐久力方面，人類絕對是優秀選手。曾有研究指出，在炎熱的天氣下，人類長跑時完全有機會跑贏馬。相比之下，我們的靈長目動物近親黑猩猩，它們跑上不到100米就要氣喘吁吁地休息半天。那么，人類為什么會有如此突出的耐力？是身體的哪些結構使我們跑得更久、更遠呢？

人類的秘密武器

2019年11月，哈佛大學的研究團隊對此問題進行了回答。他們在《實驗生物學》雜志上發表的研究顯示：人類長跑這么厲害，肋骨的功勞可不小。為了進行實驗，他們找了10位年輕運動員站上跑步機，開始測試人體在悠閑漫步和拔腿狂奔的情況下，胸廓以及呼吸程度的變化。作為對照，他們也用了好幾盒零食作為“賄賂”，“說服”了獵犬和山羊站到跑步機上配合實驗。

一般來說，吸氧量是運動耐力的決定眭因素。當動物對氧氣有更大需求時，會收縮胸部的橫膈膜來增加氧氣吸入量，也就是健身人士所說的“腹式呼吸”。這種變化在受試的人類、狗以及山羊身上都可見到。但是研究發現，善于長途奔襲的人類，還多了一項秘密武器：我們的胸廓除了可以向前擴張，還可以向兩側擴張。相比之下，狗和山羊的胸部都不能向身體兩側擴張。所以，在這三者中，運動時吸氣量擴張最明顯的是人類，獵犬次之，山羊最差，而三者跑步的耐力也是依次變弱。

特殊的“樂高骨頭”

可是問題又來了：為什么我們人類的胸廓能向兩側擴張，從而獲得更大的吸氣量呢？

為了解開胸廓擴張的秘密，研究團隊將目光移到了骨骼標本上。他們對超過10種生物的肋骨和脊椎關節面進行三維分析，其中包括人類、黑猩猩、馬、犀牛、狗、熊等。

在經過一系列的拍照、數據采集以及3D重建之后，研究團隊發現，胸廓的擴張能力實際上和肋骨、脊椎的關節面有關系。當肋骨和脊椎的關節面非常平坦的時候，胸廓的靈活度就低，也就難以大幅度擴張，以及進行需要持久力的運動。另一方面，像人這樣能進行持久運動的動物，肋骨和脊椎的關節面就比較彎曲，屬于“一凸一凹”或是“一凹一凸”的關節模式，就好似樂高積木一樣。這讓他們的胸廓能有更大的擴張幅度。

演化出長跑能力是個大工程

在此基礎上，該團隊更進一步研究已經滅絕的人類化石類群。他們觀察了從最古老的南方古猿到直立人、尼安德特人等古人類的胸廓結構。研究發現，人類的肋骨關節也隨著人類站立起來行走或奔跑后，得到了相應的進化。在人類剛剛學會直立行走的初期，例如300多萬年前的南方古猿，他們的肋骨關節形態就和黑猩猩比較接近，屬于更為平坦的類型。而隨著時間推移，我們的祖先適應了完全的雙足步行的直立生活。為了能更好地適應采集、狩獵的環境，他們逐漸發展出能長途跋涉的能力，而肋骨的形態也發生了變化。

不過，演化是個復雜的過程，每個新特征或新能力的出現，都牽涉了許多器官、構造上的改變。人類演化出長跑的耐力，除了胸廓的改變外，還要配合肌肉、神經、心肺功能和散熱能力的演化。因此，這次的研究還僅是為人類演化謎團拼上一小片拼圖，日后還有更多人類演化之謎等待我們逐步揭開。

文章來源：“知識分子”微信公眾號

（責任編輯：孟婧）