化石大脑的进化秘诀揭示:“露西”有猿类大脑,但童年就像人类更长

阿法南方古猿头骨化石

南方古猿阿法种(以“露西”和埃塞俄比亚的“迪基卡小孩”而闻名)头骨化石上的脑印记为大脑生长和组织的进化提供了新的线索。作品来源:菲利普·冈茨,MPI EVA Leipzig

南方古猿阿法种(“露西”)有类似猿的大脑组织,但像人类一样延长了大脑的生长时间

长期以来,科学家们一直能够测量和分析我们远古祖先的头骨化石,以估计大脑的体积和生长情况。这些古老的大脑与现代人类的大脑以及我们最亲密的灵长类表亲黑猩猩的大脑有何不同,这个问题一直是研究的主要目标。

一项新的研究发表在科学的进步使用CT扫描技术来查看本物种化石头骨内的三百万岁的脑印记Australopithecus Avarensis.(以“Lucy”而闻名“埃塞俄比亚的”埃米岛“的”Selam“)在脑组织的演变和增长的演变中揭示了新的光芒。研究表明,虽然露西的物种具有猿类脑结构的猿类,但大脑需要更长时间才能达到成人大小,旨在达到婴幼儿可能已经对护理人员进行了更长的依赖性,一种人类的特质。

CT扫描使研究人员能够获得两项长期存在的问题,这些问题不能仅通过视觉观察和单独进行测量来回答:是否存在人类脑重组的证据Australopithecus Avarensis.这一物种的大脑发育模式是否更接近于黑猩猩或人类?

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阿法南猿(Australopithecus afarensis,以“露西”(Lucy)和“迪基卡小孩”(Dikika child)而闻名于埃塞俄比亚)头骨化石上的脑印记为大脑生长和组织的进化提供了新的线索。迪基卡儿童的颅内印记保存得非常完好,显示出类似猿类的大脑组织,没有人类的特征。作品来源:菲利普·冈茨,MPI EVA Leipzig

来研究大脑的生长和组织南方古猿阿法种包括ASU古人类学家威廉·金贝尔(William Kimbel)在内的研究人员,使用高分辨率的常规和同步加速器计算机断层扫描技术,扫描了埃塞俄比亚迪基卡和哈达尔遗址的8块颅骨化石。金贝尔是哈达尔野外工作的负责人,是人类起源研究所所长,也是人类进化和社会变化学院弗吉尼亚M.厄尔曼自然历史和环境教授。

Lucy’s species inhabited eastern Africa more than three million years ago–“Lucy” herself is estimated to be 3.2 million years old–and occupies a key position in the hominin family tree, as it is widely accepted to be ancestral to all later hominins, including the lineage leading to modern humans.

“露西和她的亲戚提供了关于早期古人类行为的重要证据——他们直立行走,大脑比黑猩猩大20%左右,可能使用锋利的石头工具,”合著者Zeresenay Alemseged (芝加哥大学他是埃塞俄比亚迪基卡野外项目(Dikika field project)的负责人,也是人类起源研究所(Institute of Human Origins)的一个国际研究附属机构。

大脑不会僵化,但随着大脑的增长和出生前后扩展,其外层围绕其外层的组织留在骨箱内部的印记。现代人类的大脑不仅比我们最近的生活猿亲属更大,而且还被各种各样地组织,并花费更长时间才能成长和成熟。与黑猩猩相比,现代人类婴儿学会了更长时间,完全依赖于更长的时间的父母。在一起,这些特征对于人类认知和社会行为很重要,但它们的进化起源仍不清楚。

CT扫描的结果是头骨内部的高分辨率数字“内模”,大脑的解剖结构可以被可视化和分析。基于这些内模,研究人员可以测量脑容量,并从大脑结构的印象推断出大脑组织的关键方面。

Gunz Dikika Lunate Sulcus

通过使用精确的成像技术扫描头骨化石,研究人员发现,早在300万年前,儿童就对看护人有很长的依赖。信贷:阿莱姆塞吉德教授Zeray

猿类和人类的一个关键区别在于大脑顶叶的组织结构(这对整合和处理感觉信息很重要)和位于大脑后部视觉中心的枕叶。“塞拉姆”的内壳保存得非常好,这是一个非洲人的头骨和相关骨架Australopithecus Avarensis.2000年在Dikika发现的婴儿,在枕骨叶片中的裂缝中具有明显的印象,标志着视觉区域的边界更突出,位于猿人的前进而不是人类 - 在猿人的位置。扫描成年人的内分泌印记南方古猿阿法种来自HARAR(A.L.162-28)的化石揭示了熊霉素的先前未被发现的印象,这也是猿类位置。

一些科学家推测,南方古猿类的大脑重组与他们比类人猿更复杂的行为有关(例如,石器工具制造、心智化和声音交流)。遗憾的是,月骨沟在内管镜下通常不能很好地复制,因此关于月骨沟的位置一直存在争议Australopithecus.

“我们的工作亮点是尖端技术如何能够清除关于这三百万岁的化石的长期辩论,”章节讲道kimbel。“我们将”同行“进入骨骼和牙齿结构隐藏细节的能力,与CT扫描真正彻底改变了我们起源的科学。”

婴儿和成年内分泌卷的比较也表明了更有人类的持续脑增长Australopithecus Avarensis.这可能对古人类长期童年学习能力的进化至关重要。

在婴儿中,牙列的CT扫描使得可以通过计数牙科生长线来确定个人的年龄。类似于树的生长环,牙齿的虚拟部分显示反映身体内部节律的增量生长线。研究Dikika婴儿的化石牙齿,球队的牙科专家计算了2.4岁的死亡年龄。

迪克卡婴儿的牙科开发步伐与黑猩猩的牙科开发较广泛地媲美,因此比现代人类更快。但鉴于大脑Australopithecus Avarensis.成年狒狒大约比黑猩猩大20%,迪基卡儿童较小的颅内体积表明,与黑猩猩相比,他们的大脑发育时间较长。

“在露西的物种中,类人猿的大脑结构和人类的大脑延长生长的结合是出乎意料的,”金贝尔说。“这一发现支持了这样一种观点,即人类大脑的进化是一个非常零碎的过程,在我们自己的物种起源之前,大脑就已经出现了扩展的生长,同性恋者”。

在灵长类动物中,不同的生长和成熟速度与不同的婴儿护理策略有关,这表明大脑发育的延长期Australopithecus Avarensis.可能已与长期依赖照顾者相关联。或者,慢的脑增长也可以主要代表在食物并不总是丰富的环境中蔓延多年来的依赖后代的能量要求。在任何一种情况下,持续的脑增长Australopithecus Avarensis.为后来古人类大脑和社会行为的进化提供了基础,并可能对儿童期长期学习的进化至关重要。

参考:“Australopithecus Avarensis.Endocasts建议紫杉枪,菲利普Gunz,Simon Neubauer,Dean Falk,Paul Taneaferau,Tanya M,Smith,William H,Kimbel,Fred Spoor和Zeresenay alemseged,2012年4月1日,科学的进步
DOI: 10.1126 / sciadv.aaz4729

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