超前牙齿进化70万年：推动人类进化的碳水化合物

但一项由达特茅斯学院主导的新研究表明，人族在拥有理想的牙齿之前就已开始大量食用这些富含碳水化合物的食物。研究人员在《Science》杂志上报告称，该研究首次从人类化石记录中提供了"行为驱动"的证据——即对生存有益的行为在使其更易实现的物理适应出现之前就已产生。

研究作者分析了人族化石牙齿中残留的碳氧同位素，这些同位素源于食用禾本类植物（包括禾草和莎草）。他们发现，古人类转向食用这些植物的时间远远早于其牙齿进化到能有效咀嚼这些植物的时间。直到70万年后，进化才最终以更长的臼齿形式跟上，这种臼齿使现代人类能够轻松咀嚼坚韧的植物纤维。

达特茅斯学院博士后研究员、该研究主要作者Luke Fannin表示，这些发现表明早期人类的成功源于他们在身体局限下适应新环境的能力。

"我们可以明确地说，人族在行为方面相当灵活，这是他们的优势，"Fannin说。"作为人类学家，我们通常认为行为变化和形态变化是同步演化的。但我们发现行为本身可以成为一种进化驱动力，对人族的形态和饮食轨迹产生重大影响。"

达特茅斯学院人类学Charles Hansen教授、该研究资深作者Nathaniel Dominy指出，同位素分析克服了识别新行为产生因素的长期挑战——行为本身不会形成化石。

"人类学家常根据形态特征推断行为，但这些特征可能耗时极长——五十万年或更久——才会在化石记录中出现，"Dominy解释道。

"而这些化学特征是食草行为无可辩驳的独立证据，与形态学无关，"他强调。"它们显示这种新颖的摄食行为与需要更长臼齿来应对咀嚼消化坚韧植物组织的物理挑战之间存在显著的时间滞后。"

研究团队通过分析从远古人类亲属南方古猿开始的各个人族物种牙齿，追踪了数千年间禾本类植物不同部位的食用进程。为作对比，他们还分析了同期两种已灭绝灵长类——被称为地猿的巨型陆地狒狒状猴子和小型食叶疣猴——的化石牙齿。

研究人员报告称，尽管缺乏适合食用这些坚韧植物的牙齿和消化系统，但在340万至480万年前，所有三个物种都从食用水果、花朵和昆虫转向了禾草与莎草。

研究发现，直到230万年前，人族与这两种灵长类保持着相似的植物饮食结构，随后人族牙齿中的碳氧同位素突然变化。两种同位素比率的骤降表明当时的人类祖先鲁道夫人减少了禾草摄入，并消耗了更多贫氧水。

研究人员提出三种可能的解释：这些人族比其他灵长类和草原动物消耗更多水分；或突然采用河马式的水中生活模式（全天浸泡水中夜间进食）；最符合已知早期人类行为的解释是后期人族定期获取了地下植物器官——如块茎、鳞茎和球茎。许多禾本类植物用于安全储存大量碳水化合物的膨大附属器官中也含有这种贫氧水。

Fannin指出，对种群规模和体型都在增长的物种而言，从禾草转向这些高能量植物组织是合理的。这些地下储藏物资源丰富，风险低于狩猎，并为早期人类扩张的大脑提供更多营养。已掌握石器工具的古人能在几乎无动物竞争的情况下挖掘块茎、鳞茎和球茎。

"我们认为转向地下食物是进化历程的关键转折点，"Fannin强调。"它创造了终年可获取的碳水盈余——我们的祖先随时可获取这些资源养活自己及他人。"

测量数据显示，人族牙齿总体持续缩小（每千年缩小约5%），但臼齿却变得更长。在大部分历史时期，人族向禾本类植物的饮食转变速度都超越了其身体结构的变化。

但研究发现约200万年前情况逆转：能人和匠人的牙齿形态尺寸发生突变，更适合食用熟制组织（如烤块茎）。

Dominy指出，禾本类植物在众多生态系统中无处不在。无论身处何地，随着牙齿分解效率提升，人族都能最大化从这些植物中获取营养。

"人类学的核心问题之一是：人族做到了哪些其他灵长类未做到的事？这项工作表明，开发禾本植物组织的能力可能是我们的制胜法宝，"Dominy总结道。

"即便现在，全球经济仍依赖少数禾本物种——水稻、小麦、玉米和大麦，"他说。"我们的祖先做了一件完全出乎意料的事，彻底改变了地球物种的历史进程。"