头骨扫描揭示了化石大脑的进化秘密

WilliamKimbel于年4月1日发布

afaruslopithecusafarensis物种化石头骨中的脑烙印（此处著名的“露西”和埃塞俄比亚的“Dikika孩子”）为大脑生长和组织的进化提供了新的思路。迪基卡儿童的颅内保存极好的印记显示出猿状的大脑组织，并且没有人类的特征。图片提供：PhilippGunz，MPIEVA莱比锡。

长期以来，科学家一直能够测量和分析我们古代祖先的化石头骨，以估计大脑的体积和生长。这些古代大脑如何与现代人类大脑以及我们最接近的灵长类表亲黑猩猩的大脑进行比较的问题仍然是研究的主要目标。

发表在《科学进展》上的一项新研究使用CT扫描技术观察了万年前的阿法斯古猿（在埃塞俄比亚阿法尔地区以“露西”和“塞拉姆”而闻名）化石头骨内部的大脑烙印，为研究提供了新的思路。大脑组织和成长的演变。研究发现，尽管露西的物种具有类似猿的大脑结构，但大脑花了更长的时间才能达到成年个体的大小，这表明婴儿对看护者的依赖可能更长，这是一种类似于人的特征。

CT扫描使研究人员能够解决两个长期的问题，仅凭肉眼观察和测量就无法回答：有证据表明阿法古猿具有人样的大脑重组，并且是该物种大脑生长的模式更类似于黑猩猩还是人类？

为了研究A.afarensis的大脑生长和组织，包括ASU古人类学家WilliamKimbel在内的研究人员使用高分辨率的常规和同步加速器层析成像技术，从Dikika和Hadar的埃塞俄比亚站点扫描了八种化石cr。哈达尔（Hadar）野外工作的负责人金贝尔（Kimbel）是人类起源研究所所长，也是人类进化与社会变革学院自然历史与环境教授弗吉尼亚·乌尔曼（VirginiaM.Ullman）的教授。

万年前的大脑烙印在Australopithecusafarensis物种的化石头骨中（此处以埃塞俄比亚著名的“露西”和“迪基卡儿童”着称）为大脑生长和组织的进化提供了新的思路。图片来源：ESRF格勒诺布尔PaulTafforeau

露西（Lucy）的物种已在三百万年前居住在东非，“露西”本人估计已有万年的历史，并且在人种家族树中占有重要地位，因为它被广泛认为是所有后来人类的祖先，包括通向现代人类的血统。

共同作者ZeresenayAlemseged（芝加哥大学）解释说：“露西和她的亲戚提供了有关早期人类行为的重要证据-他们直立行走，大脑比黑猩猩大20％，并且可能使用了锋利的石头工具。”指导埃塞俄比亚Dikika油田项目，是人类起源研究所的国际研究机构。

大脑并不会僵化，但是随着大脑在出生前后的生长和扩展，其外层周围的组织会在骨性颅壳内部留下烙印。现代人类的大脑不仅比我们最亲近的猿猴的大脑大得多，而且组织方式也不同，需要更长的时间才能成长和成熟。与黑猩猩相比，现代人类的婴儿学习时间更长，并且在更长的时间内完全依赖父母的照料。这些特征在一起对于人类的认知和社会行为很重要，但是它们的进化起源仍然不清楚。

大脑并不会僵化，但是随着大脑的成长，其外层周围的组织会在骨性脑箱中留下印记。Dikika儿童的颅内印记显示出类似猿的大脑组织，并且没有人类特征。图片来源：PhilippGunz，CCBY-NC-ND4.0

CT扫描产生了颅骨内部的高分辨率数字“内播”，可以在此处可视化和分析大脑的解剖结构。基于这些内在预测，研究人员可以测量大脑的体积并从对大脑结构的印象中推断出大脑组织的关键方面。

猿与人之间的主要区别在于大脑顶叶的组织（在感觉信息的整合和处理中很重要）和枕叶在大脑后部的视觉中心。年在迪基卡发现的保存完好的“Selam”（内生法氏古猿澳大利亚婴儿的头骨和相关骨骼）的内铸件对月牙沟有清晰的印象-枕叶裂隙标志着视觉区域的边界。在猿类中比在人类中突出并且位于人类的前方，位置类似于类人猿。从哈达尔（AL-28）扫描成年的Afarafarensis化石的颅内印记，可以发现以前未发现的月牙沟印模，它也像猿一样。

一些科学家推测，南澳人形的大脑重组与比其大猿猴亲戚更为复杂的行为有关（例如，石器制造，心理化和人声交流）。不幸的是，月牙槽通常在内铸物上不能很好地繁殖，因此关于其在古猿科中的位置存在未解决的争议。

阿法古猿（Australopithecusafarensis）的化石头骨中的脑印（以白色显示）为脑生长和组织的进化提供了新的思路。经过数年艰苦的化石重建和牙齿生长线计数，Dikika孩子的大脑印记得到了特别保存，并确定了确切的死亡年龄。图片来源：PhilippGunz，CCBY-NC-ND4.0

共同作者金贝尔指出：“我们工作的一大亮点是尖端技术如何消除关于这三百万年历史的化石的长期争论。”“我们通过CT扫描窥视骨骼和牙齿结构的隐藏细节的能力，确实彻底改变了我们起源的科学。”

婴儿和成人颅内体积的比较还表明，法氏古猿人脑的生长更像人类，这可能是长时期人类激素学习的关键。

在婴儿中，牙齿的CT扫描可以通过计算牙齿的生长线来确定一个人的死亡年龄。类似于树木的年轮，牙齿的虚拟部分显示出逐渐增长的生长线，反映了人体的内部节奏。通过研究Dikika婴儿的化石牙齿，研究小组的牙科专家计算出了2.4岁的死亡年龄。

afaruslopithecusafarensis物种的化石头骨中的脑烙印（此处以“露西”而闻名，埃塞俄比亚的“Dikika儿童”闻名）为大脑生长和组织的进化提供了新的思路。经过数年艰苦的化石重建和牙齿生长线计数，Dikika孩子的大脑印记得到了特别保存，并确定了确切的死亡年龄。这些数据表明，南方古猿具有猿状的大脑并延长了大脑的生长。图片来源：PhilippGunz，MPIEVA莱比锡

Dikika婴儿的牙齿发育速度与黑猩猩大致相当，因此比现代人快。但是，考虑到非洲南方古猿成年人的大脑比黑猩猩大大约20％，因此Dikika儿童的小头颅内体积表明其相对黑猩猩的大脑发育时间更长。

金贝勒说：“猿猴的大脑结构和人性的，持久的大脑生长在露西物种中的结合是出乎意料的。”“这一发现支持了这样的想法，即人类的大脑进化是一件零星的事情，在我们自己的属Homo起源之前出现了大脑的扩展生长。”

afaruslopithecusafarensis物种的化石头骨上的脑印（此处以“露西”和埃塞俄比亚的“Dikika儿童”而闻名）为大脑生长和组织的进化提供了新的思路。经过数年艰苦的化石重建和牙齿生长线计数，Dikika孩子的大脑印记得到了特别保存，并确定了确切的死亡年龄。这些数据表明，南方古猿具有猿状的大脑并延长了大脑的生长。图片来源：PhilippGunz，MPIEVA莱比锡

在灵长类动物中，不同的生长和成熟速率与不同的婴儿护理策略有关，这表明法氏古猿大脑的长期生长可能与长期依赖照料者有关。另外，缓慢的脑部生长也可能主要代表一种在食物并不总是丰富的环境中将依赖后代的精力需求分布多年的方法。在这两种情况下，阿法古猿长期的脑部生长都为随后人类的人脑进化和社会行为提供了基础，并且可能对长期儿童学习的发展至关重要。

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