飲食的改變推動早期人類的身體進化

隨著早期人類從茂密的非洲森林擴散到草原，他們對現成能源的需求促使他們對草本植物產生興趣，特別是谷物和隱藏在地下的淀粉質植物組織。

一項由美國達特茅斯學院科研人員領導的新研究表明，古人類在擁有理想的牙齒咀嚼這些食物之前，就已經開始大快朵頤這些富含碳水化合物的食物。7月31日，相關研究成果發表于《科學》。研究人員稱，該研究提供了人類化石記錄中“行為驅動”的首個證據，即從出現的時間上看，有益于生存的行為早于讓這些行為變得更容易的身體適應。

研究人員分析了古人類牙齒化石中的碳和氧同位素，這些同位素是食用禾本科植物后留下的。他們發現，古代人類遠在其牙齒進化到能有效咀嚼這些植物之前，就開始傾向于食用它們。直到70萬年后，進化才最終趕上，以臼齒變長的形式出現——就像那些讓現代人輕松咀嚼堅韌的植物纖維的臼齒一樣。

論文第一作者、達特茅斯學院的Luke Fannin表示，這些發現表明，早期人類的成功源于他們在身體受限的情況下適應新環境的能力。

“可以肯定的是，古人類在行為上相當靈活，這正是他們的優勢所在。”Fannin說，“人類學家一般認為行為和形態變化是同步進化的。但我們發現，行為本身就可以成為一股進化力量，對古人類的形態和飲食軌跡產生重大影響。”

研究人員分析了各種古人類物種的牙齒，從遙遠的人類親戚南方古猿阿法種開始，以追蹤對禾本科植物不同部分的消費是如何演變的。為了進行比較，他們還分析了生活在同一時期的兩種已滅絕靈長類動物的牙齒化石—— 一種被稱為theropiths的巨型陸生狒狒狀猴子和一種被稱為colobines的小型食葉猴子。

研究人員報告稱，在約480萬年前至340萬年前，這3個物種都從食用水果、花和昆蟲轉向了草和莎草。盡管當時它們的牙齒和消化系統并不適合食用這些更堅韌的植物。

研究發現，古人類和這兩種靈長類動物有著相似的植物飲食，直到230萬年前，古人類牙齒中的碳和氧同位素發生了急劇變化。這兩種同位素比率的急劇下降表明，當時的人類祖先魯道夫人減少了對草的攝入，并消耗更多耗氧量低的水。

對此，研究人員提出了3種可能的解釋。比如這些古人類比其他靈長類動物和熱帶草原動物喝更多的水，或者它們突然采用了像河馬一樣的生活方式，即整天泡在水里，晚上進食。

他們報告稱，與已知的早期人類行為最一致的解釋是，后來的古人類能夠定期獲取被稱為塊莖、鱗莖和球莖的地下植物器官。在這些禾本科植物用來儲存大量碳水化合物的膨大附屬物中，也發現了耗氧量低的水。

Fannin說，對于一個數量和體形都在增長的物種來說，從草轉向這些高能量植物組織是有意義的。挖掘這些地下儲備物比狩獵風險小，并且它們為早期人類不斷擴大的大腦提供了更多營養。由于已經采用了石器，古代人類可以在幾乎不面臨其他動物競爭的情況下，挖掘塊莖、鱗莖和球莖。

“我們認為，轉向這些地下食物是人類進化史上的一個關鍵時刻。”Fannin說，“它們創造了常年過剩的碳水化合物——我們的祖先可以在一年中的任何時候獲取它們以養活自己和他人。”

研究人員報告稱，對古人類牙齒的測量顯示，雖然它們的牙齒整體上持續變小——每1000年縮小約5%，但臼齒卻變長了。但大約200萬年前，隨著能人和匠人的出現，他們的牙齒在形狀和大小上經歷了一次突變，更適合食用煮熟的組織，比如烤制的塊莖。

論文作者、達特茅斯學院的Nathaniel Dominy說，禾本科植物在許多生態系統中無處不在。無論它們在哪里，隨著古人類的牙齒在分解這些植物方面變得越來越高效，他們都能最大限度地從這些植物中獲取營養。

“人類學中一個懸而未決的問題是，古人類做了哪些其他靈長類動物沒有做的事情？這項工作表明，利用草本植物組織的能力可能就是我們的秘密武器。”Dominy說。

相關論文信息：https://doi.org/10.1126/science.ado2359