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【科普】大脑为什么长在头上?

P.S.根据维基百科的相关知识,汇编写作而成,欢迎不同的见解。

人的大脑切面(图片来自维基百科)

“大脑为什么长在头上?”当一个小孩向他的父母发问,很大成人会对这样的无忌童言所”hold住”,只好敷衍了事。这个看似很简单的问题,似乎难倒了很多人。但这却是一个有趣的问题,司空见惯的表象下,答案犹如海沟般深邃。大脑是用来思考的,好奇心与求知欲是人类进步的源动力。所以很有必要思考探寻一下大脑的位置问题。

在寻找这个问题的答案之前,首先要理清”大脑”、”长”、”头”的概念。

人和哺乳动物的脑特别发达,可分为大脑、小脑和脑干三部分。”大脑”是人们日常生活中对脑的统称。在本文所提的问题中,”大脑”指代”脑”。至于”大脑为什么长在头上”的问题中,”大脑”指代”脑”,既可指人脑也可指动物的脑,不过在大多数语境中,指的是人脑。正是高度发达的大脑,才使人具有抽象思维、语言、自我意識以及解决问题的能力,奠定了人类文明的基础。

“长(音,zhang)”有生长、成长之意,但人们思考脑为何长在头上的问题,更多的是对脑为何不长在胸腹中困惑。因为人们所见的动物中,水里游的鱼,天上飞的鸟,地上爬的乌龟,家里养的猫狗,脑都是先天长在他们的头颅中。问题中的”长”,从生物学上,准确的说法是”生物的性状”。”性状”并非我们常言所说的形状。性状是指生物体所有特征的综合,在遗传学上是指生物体所表现的形态结构、生理特征和行为方式等。在问题中,”长”是指人们对于人在内的大多数动物,脑的位置的先天生物性状。

“头”在解剖学上是指动物的吻端部位,因为有些动物没有脖子,和身体躯干直接相连,如青蛙,章鱼等。而在问题中,头是指头颅,相对于躯干和四肢而言。综上所述,”大脑为什么长在头上”的准确的问法应是”人类等动物的脑,为何先天性的存在生长于头颅或身体吻端之内,一代代地遗传这样的生物性状?”

要解决大脑为什么长在头上这样的问题,不可避免地要涉及到人类起源的问题。

人,生物学名为”智人”,被分类到哺乳纲灵长目人科人属智人种。粒线体DNA与化石证明人类大约于20万年前起源于东非。根据人类演化进程,250万年前,人属物种出现,1500万年前,人科从长臂猿科的祖先中分离出来。人科除了人类外,还包括所有绝种的人类近亲及几乎所有猩猩。长臂猿科是人科最亲近的旁系群,两者组成人猿总科。

6500-8500万年前,一类身材小巧、在夜间出没、生活在树上并以昆虫为食的灵长动物出现,它们演化出了后来的灵长目、树鼩目和皮翼目。灵长形类是灵长动物的一个分支,包括了更猴目和灵长目。更猴是更猴目的一个物种。它信与灵长目近似,但仍有爪子,眼睛也还位于头部两侧。由于这些特点,它们在陆地上的活动比在树上更迅速,但已开始花更多时间在树枝上,以树叶和水果为食。更猴目动物可能是所有灵长目动物的祖先。有趣的是,根据对鼠类和人类基因研究,鼠与人类的共同祖先出现于1亿年前。

如此追根溯源,已经到了恐龙时代。现代哺乳动物的先祖,在那个时代是典型的弱势群体。但他们与大多数的恐龙一样,头颅与躯干仍是有明显的区别,脑仍然在他们的头颅之中。无论哺乳动物,还是爬行动物,他们都属于脊椎动物,他们的祖先是从海里上岸的两栖动物,两栖动物又是从古代海洋的鱼类进化而来。那么鱼类的祖先是谁呢?是寒武纪的皮卡虫(学名Pikaia)。

到这里,我们看到了答案的曙光,发表于英国《生物学评论》(Biological Reviews)的研究论文指出,经分析一九一一年在加拿大洛矶山脉出土的化石确定,已在寒武纪灭绝的纤细皮卡虫,是已知最原始的脊索动物。

研究团队在一百一十四件纤细皮卡虫化石标本中发现了,脊椎动物背脊中的脊索,以及脊索动物特有的肌节(肌原纤维的基本单位)、神经索和血管系统。研究领导人剑桥大学教授莫瑞斯表示,团队长期找寻肌节以作为”确凿证据”,在肌节、神经索、脊索和血管系统都找齐后,这项研究”明显证明纤细皮卡虫是地球最原始的脊索动物”。

皮卡虫
皮卡虫

现今的鱼类、两栖类、鸟类、爬虫类及哺乳类都属脊索动物。皮卡虫平均只有5厘米长,它可以利用其身体及阔尾鳍来游出水面。皮卡虫可能在游泳的同时过滤水中的物质。它游泳时更像鳗鱼。神经索和神经节,构成了中枢神经系统,在漫长的演化过程中,最终进化成如人类大脑般复杂的中枢神经系统。皮卡虫作为所有脊椎动物的始祖,神经索集中在脊椎的头端,才能便于在远古海洋中更好地游动,捕食。也就是说头之所予以在头颅之中,是因为大脑是神经中枢,因为脊椎的缘故,以及在皮卡虫在海洋中游动生活的缘故。

因为人类的大脑为什么长在头上,是与脊椎和环境的因素分不开的,是脊椎动物亿万年进化的结果。

 

刘春晓

刘春晓,又名刘佩珉,80后,媒体人、网络作家、摄影师。毕业于河南大学,春晓网(uwexp.com)创办者和主编。