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我们为什么是右撇子?

2015-09-10

大自然探索 2015年11期
关键词:右撇子霍普金斯灵长类

几乎可以肯定,我们绝大多数人都是右撇子,科学家称之为右偏手性。之所以这么肯定,不是因为惊人的预言,而是有科学证据:约有90%的人都是右撇子,即每有一个左撇子,就有九个右撇子,这个比值是相当稳定的,不仅跨越了不同的文化背景和地理区域,而且可能还贯穿了人类进化的整个历史。考古学记录表明,古人类以右撇子为主的历史可回溯到200万年前。2010年一项对3.2万年前尼安德特人牙齿磨损模式的研究发现,在这一支已经灭绝了的人类分支中,右撇子可能占了约88%。

但一个多世纪以来,偏手性之谜一直困扰着科学家们,尽管偏手性现象——即人们如何使用他们的肢体,对于每个人来说都是再熟悉不过了。为什么人类中的绝大多数都是右偏手性?行为不对称的生物学基础究竟是什么?是右撇子的压倒性优势因人类文化而得以强化,还是纯粹是遗传基因的产物?英国圣安德鲁斯大学遗传学家西尔维亚·帕拉奇尼说:“我们对偏手性现象知之甚少,无法科学地解释这一现象。”帕拉奇尼正在寻找支持人类用手习惯的基因。

偏手性的进化根源

偏手性等功能性不对称现象,是脊椎动物进化的一个重要部分,既然它如此普遍,无处不在,那就必定有它的重要意义。

最近科学家对于偏手性的进化根源有了一些很有趣的发现,不是来自于对人类偏手性的研究,而是对其他动物行为和大脑的观察。一度曾被认为是人类独有的偏手性特性,可能也存在于其他物种的一些个体中,而在灵长类动物中可能还是相当普遍的。在灵长类动物的一些族群中,甚至有明显的左手偏向性或右手偏向性。

2011年,美国埃默里大学的神经科学家比尔·霍普金斯和他的同事在一项对近800只类人猿的研究中发现,在需要双手完成的任务中,它们总会有一只手起主导作用,而另一只手起辅助作用,大猩猩、黑猩猩和倭黑猩猩通常是右撇子,而红毛猩猩则普遍偏爱使用左手。2012年,霍普金斯和其合作者研究发现,中国的四川金丝猴族群中绝大多数都是左撇子。

过去几十年里,霍普金斯和他的合作者提供了强有力的证据表明,黑猩猩表现出明显的身体偏侧性,它们更喜欢动用某一侧身体。霍普金斯在对圈养黑猩猩的研究中发现,右手性者占60%~70%。最近对黑猩猩大脑的扫描显示,其对应的半边大脑也呈偏侧性,与高度复杂人类的大脑相类似,其偏手性与相对一侧大脑之间有着明显的联系。霍普金斯说:“我认为黑猩猩为我们提供了一种有趣的比较,它们在生物学、基因、认知和解剖学上都大量显示了与人类的同源性。”

从人类的灵长类近亲身上,我们可以更好地看到人类偏手性的进化根源。因为与人类不同的是,灵长类动物的行为较少受到社会文化和社会学习的影响,更多的是出于生物学的基本功能。霍普金斯认为,灵长类动物的用手习惯不会受到社会和文化系统的影响,所以,从某种程度上说,对黑猩猩偏手性的研究,是思考或验证生物系统对个体用手习惯影响的最简便的途径。

偏手性与大脑偏侧性相关

美国亚特兰大附近的耶基斯国家灵长类动物研究中心里,25岁的黑猩猩罗威娜用右手试图从一个塑料管中取出花生酱,这显然偏离了它平时惯用左手的典型行为(图2、图3)。黑猩猩的行为是纯粹的模仿人类,还是它们有固有的偏手性倾向?

霍普金斯说:“罗威娜是个左撇子。”从耶基斯国家灵长类动物研究中心的瞭望塔上可以看到,这只25岁的黑猩猩用它的左手食指将塑料管中的花生酱挖出来。霍普金斯对罗威娜和其他11只黑猩猩进行了长达11年的研究,试图确定灵长类动物是否也有左右手偏向性,如果有,它们是否像人类一样,也习惯于用右手。

霍普金斯发现,罗威娜很快就换用右手食指开始刮塑料管里的花生酱,这显然很不寻常。罗威娜的行为说明,非人类的动物中的偏手性现象是一个复杂的问题。在其他黑猩猩偏手性测试任务中,罗威娜通常都用左手,包括模仿野生黑猩猩在野外用树枝工具“钓”白蚁的动作。

加拿大阿尔伯塔大学进化生物学家帕尔默认为,霍普金斯的观察仅仅证明黑猩猩拥有模仿人类的能力。灵长类动物素以模仿其他生物,向其他生物学习而著名。圈养黑猩猩群体中普遍使用右手偏向性可能是饲养环境导致的。

但霍普金斯相信他的观察结果:他的圈养黑猩猩研究确实显示它们拥有与人类一样偏向右手的用手习惯。他说,如果说模仿是导致这种偏向性的驱动力,其比例应该更接近人类90%的右手偏性。他说:“如果是受人类经验和人类环境的影响,黑猩猩群体中应该是以右撇子为主,但我们并没有发现这样的结果。”

霍普金斯和其他研究人员还发现,野生黑猩猩使用工具的偏手性,根据任务的不同有很大区别。例如,某些黑猩猩群体捉白蚁时主要用左手,而其他野生黑猩猩在蘸蚂蚁吃时似乎更喜欢用右手。这种矛盾的结论来源于野生灵长类动物,他认为这是因为实验范围较小,或实验任务设置涉及用到双手,导致数据结果可能模糊不清。

大约10年前,霍普金斯用核磁共振等技术对有明确偏手性倾向黑猩猩的大脑结构和功能进行研究后发现,耶基斯黑猩猩群体中,右撇子与左撇子的大脑皮层中央前回区域明显不同。具体点说,倾向于用右手来完成从塑料管中挖取花生酱的黑猩猩,它们大脑左半球的手部运动区的脑回比较突出,而左撇子黑猩猩的右半大脑的手部运动区的脑回更为显著(图4)。

最近霍普金斯发现,黑猩猩的偏手性倾向体现在它们的交际手势上,如鼓掌或向饲养员伸手要食物,其用手偏向性在两侧大脑前额下回也有体现,这个区域相当于人类大脑的语言产生区域—布洛卡区域。研究发现,用右手做手势的黑猩猩姿势左前额下回更发达,而主要用左手做手势的黑猩猩右半侧脑回更明显。

霍普金斯认为,偏手性可能正是大脑偏侧性的副产品,随着灵长类动物的进化,这种偏侧性越来越明显。而随着灵长类动物的大脑越来越发达,左右两部分大脑之间的连接则变得相对较弱,也就是说,胼胝体——连接两半球的神经纤维,未能跟上大脑的发展速度。大脑两半球之间的沟通相对变得较少,较发达的一侧大脑需要承担更多的任务。霍普金斯认为,在这种情况下,偏向于左手或右手的倾向性越来越明显,最终导致出现偏手性现象。

研究人员普遍认为,人类大脑的独特之处在于其两大脑半球的分工不同,语言功能通常由左侧大脑半球负责,而空间识别能力和面部感知能力等认知功能,通常是右半球更具优势。黑猩猩大脑成像研究显示,黑猩猩也存在与人类相类似的大脑两半球差异,这是一个有趣的新发现。

偏手性与基因的关系

如果偏手性是灵长类动物内在的一种固有特性,并可追溯到智人登场之前,那么它很可能写在了人类和我们的灵长类近亲的基因内。霍普金斯对黑猩猩大脑不对称的研究结果表明,基因很可能是黑猩猩,甚至可能是人类偏手性的内在原因。霍普金斯说:“现在有相当有力的证据显示,个人用手习惯的差异很可能是出自于遗传因素,但这些特定基因是什么,我们还一无所知。”

关于偏手性的遗传基础的另外一些证据来自于人类进化的研究。在一项初步研究中,北爱尔兰贝尔法斯特女王大学的心理学家彼得·海帕利用超声波发现了人类胎儿的一些有趣的现象。12周的胎儿更喜欢动右臂而不是左臂,15周的胎儿更喜欢吸吮右手拇指。海帕说:“在这个胎儿时期,运动不是由大脑控制的,而是由遗传控制,但这种控制出自何处,我们还并不清楚。”

2014年,苏格兰圣安德鲁斯大学的帕拉奇尼和她的团队设计了一个测试偏手性的实验,对700多名分别有着左右手习惯的受试者进行了用手速度和准确性的任务测试,发现了与用手习惯有着最强联系的变异基因PCSK6,该基因同时也与决定身体组织其他结构和器官方向的酶有着联系。帕拉奇尼认为,偏手性与包括左右大脑在内的身体不对称现象有着相同的生物学机制,可能属于同一类基因。因此,协调其他生理不平衡的生物学机制,是揭开偏手性之谜最有可能的途径,例如,心脏长在身体的左边,肝脏长在身体的右边等。她说:“我相信控制偏手性的基因有许多也参与了对身体结构不对称的控制。”

但仍有许多人认为,偏手性可能不是由基因直接控制的,否则何以解释某些个体或某些群体中的左撇子与右撇子之分呢?

加拿大卡尔加里大学的遗传学家弗雷德·比德尔用实验作了一个有趣的解释。他的实验室老鼠显示个体的左右手偏向性,但并没有形成群体性的偏手性倾向,左撇子与右撇子的比例各占一半。比德尔发现,使用专门设计的动物饲养室,强制训练它们使用某个特定的爪子来获取食物,可以让啮齿动物群体中的绝大部分都成为左撇子或右撇子;因基因变异导致学习能力和记忆能力较强的老鼠,在专门训练偏手性的特定环境中,更容易变成左撇子或右撇子。比德尔认为,实验表明,真正决定群体偏手性倾向的是其背后的学习基因,而不是直接的基因编码决定了群体中占主导地位的偏手性倾向。

他认为,偏手性可能只是因环境因素导致动物使用某只手的可能性超过另一只手,而产生的一种意想不到的结果。这种前期倾向性,通过人们的学习和记忆能力,以及鼓励孩子们用右手写字等社会规范的影响得到进一步强化,比德尔认为,由此形成我们所看到的事实:人类群体中右手性和左手性之比为9:1。

至此,是什么原因导致产生人类偏手性的问题还远未解决,偏手性进化理论为科学家普遍接受,该理论认为偏手性的起源可追溯到远在智人出现之前遥远的过去。研究人员通过对一些动物个体和群体的偏手性现象,发现这些动物的“左右爪偏好”与大脑功能和大脑解剖学上的不对称、行为上的不对称有着相当密切的联系。对我们的灵长类近亲的研究支持了科学家的一些假设,同时发现了其他动物中更多类似的偏手性现象。

进化心理学家彼得·麦克奈拉格说:“对脊椎动物进化调查得越多,偏手性等功能不对称现象就愈显其重要性。如果偏手性无处不在,显然它的重要性也是不言而喻的。”

动物中的“左撇子”与“右撇子”

近年来对其他哺乳动物的一些研究结果,对偏手性是人类独有特性的说法提出了挑战,研究人员发现动物王国普遍存在整个的手、脚、鳍或爪子的偏手性现象。同时在其他一些动物中还存在着一些奇特的偏侧性倾向:小鸡崽一般用右眼寻找食物;幼鲸喜欢跟随在母亲的右边;用一个气球覆盖在蟾蜍的脑袋上,这个倒霉的家伙通常会试图用右前肢将讨厌的气球从脑袋上给弄下来;如果仔细观察一下澳洲鹦鹉,就会发现它抓取食物以及将食物递送到嘴里时,通常用的都是左边的爪子。

科学家发现,蚂蚁也有行为偏侧性。英格兰布里斯托尔大学的研究人员发现,如果将蚂蚁放置在迷宫或新巢里,在探索陌生环境时,蚂蚁几乎总是向左转弯。研究人员不知道为什么蚂蚁会偏爱左边,而不是右边,但他们有一些假设,比如:在迷路或被困时,始终坚持一个方向,是找到出口脱困的最好办法;或者另一种可能是:蚂蚁的基因设置让其偏向于向左转弯;研究小组还有一种假设认为,蚂蚁可能使用左眼警惕捕食者,而用右眼来导航。

研究人员认为,对昆虫偏侧性行为生物学基础的研究,可以为包括人类在内的更复杂动物的相似行为提供更多线索。

“左撇子”袋鼠

你若与袋鼠举行一场拳击比赛,可要当心它的左钩拳。有袋动物通常是左撇子,它们习惯于用“左手”——哦,不对,是用它们的左爪子。

袋鼠似乎有着群体一致性的偏手性行为。俄罗斯学者马拉什契夫花了18周时间穿行在澳大利亚的野外,精心拍摄了数十种野生袋鼠和沙袋鼠日常行为的录像,无论是拔草进食,还是抓挠鼻子,大部分袋鼠都倾向于使用左上肢。东部灰袋鼠和红袋鼠这两种袋鼠在收集食物和梳理毛发时用的也是左爪子,但沙袋鼠有一个例外,它们四肢着地进食时是左右爪子通用的,并没有明显的偏侧倾向性。

对某些种类的袋鼠和沙袋鼠如何进化成为“左撇子”的研究,可以帮助科学家更好地理解人类是如何进化到如今普通使用右手习惯的。像我们一样,袋鼠也是直立双足行走的,它们的行走方式和用手偏好之间的联系可能不仅仅是一种巧合。偏手性的起源备受争议,但新的研究发现表明,直立姿势是偏手性进化的一个关键。

两足行走似乎是向偏手性进化的一个触发因素,后肢站立可以腾出前肢,按自己的喜好拥有更多的行动自由度。

袋鼠研究显示了直立姿势与偏手性之间的联系,悉尼动物园对树袋鼠的行为观察也证明了这一点。生活在树上的树袋鼠,四足行走的时间远多于直立行走,它们日常活动中左爪和右爪都用,没有明显的偏向性。

为什么袋鼠用左爪而不用右爪仍是一个谜。据马拉什契夫猜测,这种偏向性可能是进化过程中的一种随机演化,大脑中某种可向左亦可向右的进化选择了向左。有袋动物的大脑与我们人类的大脑是完全不一样的,它们缺少人类连接左右大脑半球的叫作胼胝体的神经纤维束,但偏手性与大脑结构特定元素之间的联系还需要进一步的研究。

维也纳大学认知生物学家费奇希望,袋鼠研究能够促使科学家更多关注和研究其他非灵长类动物的偏手性现象,包括袋獾、考拉熊和数以百计的其他有袋动物。他说:“偏手性的研究与争议主要集中于灵长类动物,而对于其他许多动物的偏手性现象我们知之甚少,通过观察这些被忽略的动物群体,我们也许可以了解到更多的东西。”

小知识

人类曾被认为是唯一有偏手性倾向的物种,据估计,每十人中就有九人是右撇子。一些研究表明,至少从尼安德特人时开始,这一比例一直未有多少改变。一些生物学家试图将我们的偏手性现象与人类大脑的不对称联系起来,例如,之前的一些研究认为,偏手性的进化与大脑语言中枢的进化相关,这符合一些观测结果:90%的右撇子,控制他们右手动作的左半球大脑同时也是大脑语言中枢所在地。但奇怪的是,有70%左撇子的语言中枢也在左半球大脑。

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