200万年人类祖先进化出投掷行为(图)

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  凤凰科技讯 北京时间7月1日消息,国外媒体报道,现在在比赛中看到一名运动员在空中投射标枪长达几百英尺,或者以超过90英里每小时的速度精确的投掷棒球,这已经是非常普通的现象。并不是每一个人类近亲都具备这样投掷的能力,尽管他们可能具备非常大的力气。研究人员表示,他们将这些能力追踪到200万年前人类祖先直立人腰部、肩膀和上臂发生的三处改变。

  进行强劲、准确的投掷需要身体不同部分协调工作,也就是生物力学研究者所谓的动力学链——不同肌肉的快速和顺次激活。进行投掷的运动从腿部开始,移动经过臀部、躯干、肩,通过手臂到达手的位置。快速高精确性的投掷炮弹需要协调性,以及首次出现在直立人身上的解剖特征。

  根据期刊《自然》上发表的研究,一组研究学者发现了只存在人类,而不存在我们最近的近亲黑猩猩身上的三个关键特征。每一个特征使得身体能够储存更多能量,然后在快速的旋转后释放这些能量:较高和灵活移动的腰部使得躯干能够旋转;手肘和骨骼在上臂的肱部相结合并旋转的方式;肩膀的位置。每一个特征在“投掷过程中存储和释放弹性能量方面都起着重要作用,”研究学者这样写道。

  肩膀的改变尤为至关重要,美国华盛顿乔治·华盛顿大学的生物人类学家尼尔·罗奇(Neil Roach)这样解释道。黑猩猩的肩膀位置非常高,接近脖子,仿佛它在永久性的耸肩,而人类的肩膀则相对更加松弛。“肩膀的改变导致一切结合起来,而这大概发生在200万年前,”罗奇说道。“这使得我们能够灵活的使用手臂,就像使用弹弓一样,旋转手臂远离目标以存储能量,然后迅速旋转回来朝着目标投射。”肱部的旋转是人体能够产生的最快运动,罗奇这样说道,能够实现旋转9000度每秒。

  研究人员还研究了化石记录以及美国哈佛大学棒球运动员以进一步加深他们对此的见解。他们利用动作捕捉技术追踪有经验的投掷者是如何投棒球的。研究人员还利用背带研究受限运动。这些背带阻止了被试者放松肩部,同时限制了手臂的运动。观测结果使得研究人员将注意力集中于投掷所需要的最重要的特征:肘部、肩膀和腰部。

  化石记录显示直立人同时进化了这些特征,使得他们成为能够像现代人一样投掷的人类第一个祖先。美国亚特兰大乔治亚州立大学的神经科学家威廉·霍普金斯(William Hopkins)表示,大多数研究投掷行为起源的其它研究都关注于手和腰部。霍普金斯主要研究黑猩猩的行为,包括投掷行为。霍普金斯表示,这些研究学者“极大的推动了这些领域的发展,精确的描述了生物力学上的改变是如何导致人类掌握了这些技能。”

  200万年前直立人出现在化石记录上,而这恰好与日益增长的肉类消耗——很可能导致更多的猎捕行为——相一致。罗奇认为手臂和肩膀结构的转移可能导致猎捕行为更加容易。“考虑到影响我们投掷行为的重要改变发生的时间与强化的猎捕行为时间相一致。。。我们认为很有可能两者存在因果关系。”罗奇说道。

  研究人员打算调查原始矛和它们伤害或者杀死动物的有效性,以及投掷运动在面对不同的目标时会存在什么样的差异。投掷行为很可能与其它行为相联系,例如防御。朝潜在的捕食者投掷岩石可能是保护早期人类的一种方式。科学家正在关注黑猩猩寻找早期投掷行为的线索。

  在黑猩猩身上,霍普金斯发现有些会投掷而有些不会。他开始调查并注意到黑猩猩大多数投食物或者排泄物,主要是用于自我防御,而有些黑猩猩比其它个体投掷的要更好。“投掷中最有趣的形式是我们所谓的瞄准投掷,”霍普金斯说道。“从很多方面讲它非常类似棒球投手。”

  然而,黑猩猩投掷的速度只能达到20英里每小时,尽管他们力气非常大,而棒球投手、板球投球手甚至橄榄球四分卫都能轻松超过这个速度,尽管他们投射的目标各不相同。罗奇表示早于直立人的人类祖先很可能具有比黑猩猩更优秀的投掷表现,但仍远不及解剖学特征的改变而导致的精准投掷能力。

  虽然这篇研究中有关投掷力学的信息对于专业的棒球投手来说并不陌生,但与进化之间的联系却是非常新颖有趣,棒球教练、美国佛罗里达州蒙特沃德学院的进化生物学教师蒂姆·雷登(Tim Layden)这样说道。雷登曾是美国杜克大学新生代美国投手,曾在芝加哥小熊队小联盟系统内任投手。

  “我会将这篇研究应用到下个学期我教授的灵长类课程里,” 雷登说道。“从进化学的角度看这完全符合逻辑,肯定存在选择性的力量实现高速度投掷,以及在肩关节部分能量的增强和发展。”

  尽管在直立人身上并没有发现任何体育运动的证据,罗奇表示玩耍对于学习投掷来说至关重要。“与任何需要不可思议的性能表现的能力一样,玩耍是学习那种行为的重要机制。”罗奇说道。(编译/严炎刘星)

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