廖俊棋

論短跑速度，人類在動(dòng)物界成績(jī)平平，但是在長(zhǎng)跑的耐久力方面，人類絕對(duì)是優(yōu)秀選手。曾有研究指出，在炎熱的天氣下，人類長(zhǎng)跑時(shí)完全有機(jī)會(huì)跑贏馬。相比之下，我們的靈長(zhǎng)目動(dòng)物近親黑猩猩，它們跑上不到100米就要?dú)獯跤醯匦菹胩臁Ｄ敲?，人類為什么?huì)有如此突出的耐力？是身體的哪些結(jié)構(gòu)使我們跑得更久、更遠(yuǎn)呢？

人類的秘密武器

2019年11月，哈佛大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行了回答。他們?cè)凇秾?shí)驗(yàn)生物學(xué)》雜志上發(fā)表的研究顯示：人類長(zhǎng)跑這么厲害，肋骨的功勞可不小。為了進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，他們找了10位年輕運(yùn)動(dòng)員站上跑步機(jī)，開(kāi)始測(cè)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(duì)照，他們也用了好幾盒零食作為“賄賂”，“說(shuō)服”了獵犬和山羊站到跑步機(jī)上配合實(shí)驗(yàn)。

一般來(lái)說(shuō)，吸氧量是運(yùn)動(dòng)耐力的決定眭因素。當(dāng)動(dòng)物對(duì)氧氣有更大需求時(shí)，會(huì)收縮胸部的橫膈膜來(lái)增加氧氣吸入量，也就是健身人士所說(shuō)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(jiàn)到。但是研究發(fā)現(xiàn)，善于長(zhǎng)途奔襲的人類，還多了一項(xiàng)秘密武器：我們的胸廓除了可以向前擴(kuò)張，還可以向兩側(cè)擴(kuò)張。相比之下，狗和山羊的胸部都不能向身體兩側(cè)擴(kuò)張。所以，在這三者中，運(yùn)動(dòng)時(shí)吸氣量擴(kuò)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?nèi)酢?/p>

特殊的“樂(lè)高骨頭”

可是問(wèn)題又來(lái)了：為什么我們?nèi)祟惖男乩芟騼蓚?cè)擴(kuò)張，從而獲得更大的吸氣量呢？

為了解開(kāi)胸廓擴(kuò)張的秘密，研究團(tuán)隊(duì)將目光移到了骨骼標(biāo)本上。他們對(duì)超過(guò)10種生物的肋骨和脊椎關(guān)節(jié)面進(jìn)行三維分析，其中包括人類、黑猩猩、馬、犀牛、狗、熊等。

在經(jīng)過(guò)一系列的拍照、數(shù)據(jù)采集以及3D重建之后，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，胸廓的擴(kuò)張能力實(shí)際上和肋骨、脊椎的關(guān)節(jié)面有關(guān)系。當(dāng)肋骨和脊椎的關(guān)節(jié)面非常平坦的時(shí)候，胸廓的靈活度就低，也就難以大幅度擴(kuò)張，以及進(jìn)行需要持久力的運(yùn)動(dòng)。另一方面，像人這樣能進(jìn)行持久運(yùn)動(dòng)的動(dòng)物，肋骨和脊椎的關(guān)節(jié)面就比較彎曲，屬于“一凸一凹”或是“一凹一凸”的關(guān)節(jié)模式，就好似樂(lè)高積木一樣。這讓他們的胸廓能有更大的擴(kuò)張幅度。

演化出長(zhǎng)跑能力是個(gè)大工程

在此基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊(duì)更進(jìn)一步研究已經(jīng)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(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，人類的肋骨關(guān)節(jié)也隨著人類站立起來(lái)行走或奔跑后，得到了相應(yīng)的進(jìn)化。在人類剛剛學(xué)會(huì)直立行走的初期，例如300多萬(wàn)年前的南方古猿，他們的肋骨關(guān)節(jié)形態(tài)就和黑猩猩比較接近，屬于更為平坦的類型。而隨著時(shí)間推移，我們的祖先適應(yīng)了完全的雙足步行的直立生活。為了能更好地適應(yīng)采集、狩獵的環(huán)境，他們逐漸發(fā)展出能長(zhǎng)途跋涉的能力，而肋骨的形態(tài)也發(fā)生了變化。

不過(guò)，演化是個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，每個(gè)新特征或新能力的出現(xiàn)，都牽涉了許多器官、構(gòu)造上的改變。人類演化出長(zhǎng)跑的耐力，除了胸廓的改變外，還要配合肌肉、神經(jīng)、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(tuán)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(kāi)。

文章來(lái)源：“知識(shí)分子”微信公眾號(hào)

（責(zé)任編輯：孟婧）