研究发现：人类的肩膀和肘部最初是由爬行类人猿的刹车进化而来的

达特茅斯研究人员报告说，猿类和早期人类进化出比猴子更灵活的肩膀和肘部，可以安全地离开树木。对于早期人类来说，这些多功能的附属物对于收集食物以及部署狩猎和防御工具至关重要。图片来源：卢克·范宁，达特茅斯学院

　　旋转的肩膀和伸展的肘部使人类能够够到高架子或与朋友扔球，这可能首先是作为我们的灵长类祖先的自然制动系统而进化的，他们只需要离开树而不死。

　　达特茅斯学院的研究人员报告说，猿类和早期人类可能进化出了可自由活动的肩膀和灵活的肘部，以减缓他们在重力作用下从树上下降的速度。这篇论文“下爬和猿前肢形态的进化”发表在《皇家学会开放科学》上。

　　研究人员表示，当早期人类离开森林前往长满草的稀树草原时，他们的多功能附肢对于收集食物以及部署狩猎和防御工具至关重要。

　　研究人员使用运动分析和统计软件来比较他们拍摄的黑猩猩和白眉猴在野外攀爬的视频和静止图像。

　　他们发现黑猩猩和白眉猴爬树的动作类似，肩膀和肘部大多弯曲靠近身体。然而，当黑猩猩向下爬时，它们会将手臂伸过头顶，抓住树枝，就像人从梯子上下来一样，因为它们更大的体重将它们的臀部先向下拉。

研究人员使用运动分析软件来比较黑猩猩和白眉猴的攀爬动作。他们发现，黑猩猩在爬下时，通过将手臂完全伸过头顶来支撑更大的重量，这要归功于与人类类似的浅而圆形的肩关节和缩短的肘骨。曼加比的体形更像猫或狗，灵活性较差，爬上或爬下时肩膀和肘部的位置大致相同。图片来源：卢克·范宁，达特茅斯学院

　　该研究的第一作者、达特茅斯生态、进化、环境和社会项目的研究生卢克·范宁(Luke Fannin)表示，这些发现是第一个确定“向下攀登”在猿类和早期人类进化中的重要性的研究结果之一。与猴子相比，它们彼此之间有遗传关系。

　　范宁说，现有的研究已经观察到黑猩猩攀爬和导航树——通常是在实验装置中——但研究人员从野外拍摄的大量视频使他们能够检查这些动物的身体如何适应爬下。

　　范宁说：“我们的研究提出了这样的观点：登山是一个被低估的因素，但却是猴子和猿类之间解剖学差异的一个极其重要的因素，而这种差异最终会在人类身上体现出来。”“考虑到猿类和早期人类的体型，下降对身体来说是一项巨大的挑战，由于存在跌倒的风险，他们的形态会通过自然选择做出反应。”

　　“我们的领域长期以来一直在考虑猿类爬树的问题，但文献中基本上没有关注它们从树上爬下来。我们一直忽略了这种行为的后半部分，”研究合作者说。作者杰里米·德席尔瓦 (Jeremy DeSilva)，达特茅斯学院人类学教授兼系主任。

　　德西尔瓦说：“第一批猿类是在 2000 万年前在分散的森林中进化而来的，它们会爬上一棵树获取食物，然后再下来寻找下一棵树。”

　　“从树上爬下来会带来各种新的挑战。大猩猩无法承受跌倒的后果，因为这可能会杀死或严重伤害它们。自然选择会青睐那些能够让它们安全下降的解剖结构。”

　　德西尔瓦说，从猿类祖先那里继承下来的灵活的肩膀和肘部，可以让南方古猿等早期人类在夜间爬树以求安全，并在白天毫发无伤地下来。

　　一旦直立人能够使用火来保护自己免受夜间掠食者的伤害，人类的形态就呈现出更宽的肩膀，能够形成 90 度角，再加上可自由活动的肩膀和肘部，使我们的祖先能够用矛进行出色的射击(猿不能投掷)准确)。

　　“这与早期猿类的解剖结构相同，只是做了一些调整。现在你有了一些可以扔矛或石头来保护自己不被吃掉或杀死东西来吃的东西。这就是进化的作用——它是一个伟大的修补匠， ”德席尔瓦说道。

　　“从树上爬下来，为数百万年后进化的东西奠定了解剖学阶段，”他说。“当 NFL 四分卫投掷橄榄球时，这个动作都要归功于我们的猿类祖先。”

　　范宁说，尽管黑猩猩缺乏优雅，但它们的手臂已经适应以确保动物安全到达地面，而且它们的四肢与现代人类的四肢非常相似。

　　“这就是我们的模板——对于我们的早期祖先来说，下降可能也是一个更大的挑战，”范宁说。“即使人类变得直立起来，能够上升然后下降，一棵树对于安全和营养也会非常有用，这就是生存的游戏名称。我们已经被改造了，但我们的猿类祖先仍然存在于我们现代的骨骼中。”

　　研究人员还分别利用哈佛大学和俄亥俄州立大学的骨骼收藏研究了黑猩猩和白眉猴手臂的解剖结构。范宁说，和人类一样，黑猩猩的肩部呈浅球窝状，虽然更容易脱臼，但可以进行更大范围的活动。和人类一样，黑猩猩可以完全伸展手臂，这要归功于肘部后面骨头(称为鹰嘴突)长度的缩短。

　　白眉猴和其他猴子的构造更像四足动物，如猫和狗，肩窝深，肘部有突出的鹰嘴突，使关节类似于字母 L。虽然这些关节更稳定，但它们的关节结构更复杂。灵活性和活动范围更加有限。

　　研究人员的分析表明，黑猩猩下降时肩膀的角度比向上爬时大14度。从树上下来时，他们的手臂在肘部向外延伸 34 度，比上树时多出 34 度。当白眉白眉猴爬树和下树时，肩膀和肘部的角度仅略有不同——4度或更小。

　　“如果猫会说话，它们会告诉你，爬下比爬上来更困难，许多人类攀岩者都会同意。但问题是为什么这么难，”该研究的共同作者、查尔斯·汉森教授纳撒尼尔·多米尼 (Nathaniel Dominy) 说。人类学和范宁的顾问。

　　“原因是你不仅要抵抗重力，而且还必须减速，”多米尼说。“我们的研究对于通过正式测量野生灵长类动物如何爬上爬下来解决理论问题非常重要。我们发现猴子和黑猩猩之间的重要差异，这可以解释为什么猿类的肩膀和肘部进化出更大的灵活性。”

　　共同作者玛丽·乔伊 (Mary Joy) 与范宁一起领导了这项研究，并于 2021 年从达特茅斯毕业。她在回顾德西尔瓦拍摄的黑猩猩视频时，注意到这些动物下树和上树的方式有所不同。

　　“它非常不稳定，只是坠落，一切都在飞。这基本上是一次受控的坠落，”乔伊说。“最后，我们得出的结论是，黑猩猩从树上下来的方式可能与重量有关。更大的动量可能会消耗更少的能量，而且与进行小而受限的运动相比，它们更有可能安全到达地面。”

　　但作为一名越野跑运动员，乔伊知道在短距离内缓慢下坡的痛苦感觉，而不是仅仅在重力的作用下沿着小路冲下，她的双腿向前伸展，在每一步结束时接住她。

　　“当我下坡时，我走得越慢并限制我的运动，我就越疲劳。它很快就追上了我。没有人会想到黑猩猩从树上爬下来的速度和放弃程度会如此之快。”对于体重较重的灵长类动物来说，这是首选方法，但我的经验告诉我，它更节能，”她说。

　　“人类的运动是进化妥协的杰作，”乔伊说。“这种始于猿类的运动范围的增加最终对我们来说非常好。失去它会有什么好处?如果进化选择了运动范围较小的人，这会带来什么优势?我看不出有什么好处。”失去它的优势。”