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基干闊鼻猴腦的特征與類人猿的腦演化研究獲進展

2019-08-23 古脊椎動物與古人類研究所
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  人類的腦,無論是絕對容量還是相對容量,都比其它靈長類更大,溝回結構也更復雜。傳統的觀點認為,人類增大的大腦,是在演化的過程中逐漸積累的結果,總體上延續了靈長類相對腦容量逐漸增加、溝回結構逐漸變復雜的趨勢。

  在類人猿漫長的系統演化歷史中,人類類型的腦從何時開始區別于其它類人猿、以何種速度增大、以及從何時開始可以稱之為人腦,在此研究之前并沒有明確的答案。近日,中國科學院古脊椎動物與古人類研究所倪喜軍研究團隊在《科學》子刊《科學進展》(Science Advances)發表的最新一項研究,以生活于南美洲的基干闊鼻猴類卡拉斯科智利猴(Chilecebus carrascoensis)化石為校正點,重建了闊鼻猴類和狹鼻猴類類人猿祖先類型的腦的特征,分析了類人猿腦的增大過程,進而試圖回答上述關于人腦演化的問題。

  解讀任何生物的演化歷史,化石都是必不可少的證據。動物的腦屬于軟組織,在動物死亡之后,很短的時間之內就會被微生物分解,不可能成為化石。但是,哺乳動物的腦是明顯膨大的器官,在生長發育的過程中會在頭骨的內壁上留下腦的印痕。類人猿因為往往比具有同等體重的其它哺乳動物有更大的腦,所以腦的增大更為明顯,在頭骨內壁上留下的印痕也就更清楚,常常可以保存大的血管和主要溝回的印痕,在整體形態上與包裹于硬腦膜的腦非常相似。

  研究團隊利用高精度CT掃描的方法,數字化地三維重建了卡拉斯科智利猴的頭骨內壁的腦的印痕,發現它具有相對平扁的額葉,但是具有發育良好的枕葉,嗅球相對較小,并存在有多對溝回,整體形態上甚至與現生的闊鼻猴狨猴相當。

  智利猴化石發現于距智利首都圣地亞哥東南約100公里的地方,埋藏于堅硬的火山碎屑巖之中。是目前已知保存最完整的基干闊鼻猴類類人猿,距今約2000萬年。

  闊鼻猴是類人猿冠類群的兩大分支之一,早在距今4000萬年以前,闊鼻猴類就與包括人類在內的類人猿的另外一個大支系,也就是狹鼻猴類,開始分道揚鑣了。闊鼻猴類從此獨立演化,平行于人類和狹鼻猴類發展出了很多腦部的進步特征,一些闊鼻猴類腦的相對大小也明顯增大,與屬于狹鼻猴的猿類相當。某些闊鼻猴,比如卷尾猴,會使用簡單的工具,有人認為卷尾猴的智力水平甚至超過黑猩猩。

  毫無疑問,闊鼻猴類是研究包括人類在內的狹鼻猴類腦演化的自然參照系,而卡拉斯科智利猴是這個參照系中目前已知最為關鍵的一個參照點。

  在關于靈長類,特別是類人猿的演化譜系的研究中,研究團隊在前人研究的基礎上,綜合化石證據、形態學特征以及分子生物學特征,已經建立了穩定的關于靈長類和類人猿的系統演化譜系。在新的研究中,研究人員采用前沿的統計學方法,充分利用中科院脊椎動物演化與人類起源重點實驗室超算平臺的超級運算能力,進一步準確估計了類人猿各個支系的分異時間、腦容量和腦宏觀特征的演化模式,并提出系統腦化指數(Phylogenetic Encephalization Quotient)這一用于衡量腦容量演化的新指標

  研究人員發現,闊鼻猴和狹鼻猴類的祖先具有相對大小相似但結構不同的腦,在4000多萬年的演化歷史中,兩個類群中都有腦容量增大的趨勢,除人類支系以外,兩者的增大比例非常相近,并且趨同地演化出了嗅球縮小、溝回增加等宏觀特征。

  人類支系自700萬年前與大型猿類分開演化以來,腦容量的增加完全不同于其它類人猿的增加比例。相對于自身體重,并去除演化積累的因素,人類的相對腦容量是猿類的3倍以上。可以說,自700萬年前人猿分開以后,人類支系最顯著的特征就是腦按照不同于其它類人猿的演化模式而高速發展。

  有很多研究表明,與我們的近親黑猩猩相比,人類有很多新基因,而這些新基因往往都與人腦的發育有關。據此,研究人員相信,該研究找到了產生這一現象的演化原因。

  該研究以智利猴為參照點,揭示出在不同支系的類人猿中,腦的演化會有相同的趨勢,但是人類支系腦的演化趨勢卻顯著不同。戲謔一點兒,如果自然是理性的,那么人腦一定是近于瘋狂了。

  論文鏈接 

1:置于掌心的卡拉斯科智利猴的頭骨化石。(AMNH/N. Wong and M. Ellison 供圖

 

  2:每個頭像的大小代表相對腦容量。左側:在不考慮演化積累的情況下,人腦的相對大小與其它類人猿的差別不大;右側:去除演化積累的因素之后,人類支系腦的相對大小顯著不同于其它類人猿。(IVPP/郭肖聰,倪喜軍 供圖)

打印 責任編輯:葉瑞優

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