「赤裸」的真相:人類皮膚為何大多裸露在外

　　撰文 尼娜G雅布隆斯基（Nina G. Jablonski）

　　翻譯 董為

　　人類的大部分皮膚都裸露在外，這在靈長類動物中絕無僅有。

　　環境變化迫使我們的祖先長距離遷移，以尋找食物和水，毛髮掉落正是對這一過程的適應。

　　通過分析化石和基因證據，科學家弄清了人類祖先皮膚上的毛髮何時開始掉落。

　　毛髮的脫落，促使人類祖先的大腦容積變得更大，增強了他們的象徵思維能力——在人類進化史上，這是極為關鍵的一步。

　　靈長類動物中，僅有人類皮膚幾乎完全裸露——不論是披著短黑毛髮的吼猴（howler monkey），還是身穿鬆散銅色「外衣」的紅毛猩猩（orangutan），其他靈長類動物身上都長著濃密的毛髮。儘管腦袋和其他部位也有毛髮，但與我們的近親相比，即使體毛最多的人，皮膚都只能算是裸露的。

　　我們的體毛是如何脫落的？幾百年來，科學家一直在探討這個問題，但要找到令人信服的答案並不容易：人類進化史上的大多數標誌性轉變，比如直立行走（upright walking），都記錄在人類祖先的化石中，但迄今發現的所有化石，都沒能留下關於人類皮膚進化的直接證據。儘管如此，科學家還是在最近幾年的研究中發現，化石記錄中含有人類從多毛向無毛轉變的間接證據。根據這些線索，以及近十年來基因組學和生理學上的相關研究，我和同事提出了一套令人信服的理論，闡述人類祖先身上的毛髮為什麼會脫落，以及這個過程從何時開始。該理論不僅解釋了我們的外貌相對於其他靈長類動物為什麼如此「奇怪」，還暗示在大腦容量、語言能力等人類其他特徵的進化上，裸露的皮膚發揮了非常關鍵的作用。

　　毛髮的差異

　　要弄清楚人類祖先的體毛為什麼會脫落，我們先得知道其他動物為什麼會有毛髮。毛髮是哺乳動物特有的皮膚附屬物，可作為哺乳動物鑑定分類的依據：所有哺乳動物或多或少都有一些毛髮，而毛髮濃密的佔絕大多數。毛髮不僅能防潮、防曬、防擦刮，抵抗有害寄生蟲和細菌的入侵，還具有偽裝功能，有助於迷惑獵食者。根據不同的毛髮特徵，動物之間可以相互辨認。哺乳動物還可利用皮毛傳達「社交信息」，表明自己的情緒：如果一隻狗本能地將脖子和後背上的毛髮豎起，就意味著它在傳遞明顯的警告信號，讓挑釁者離它遠點。

　　儘管具有如此多的重要功能，但某些哺乳動物世系的毛髮已經退化，變得稀疏而纖細，沒什麼功能。這些動物要麼棲息在地下，要麼生活在水中。對於裸鼴鼠之類生活在地下的哺乳動物，向無毛進化是對地下大規模群居生活的適應。由於在地下，裸鼴鼠看不見同伴，它們的社會活動也只是擠在一起相互取暖，這時毛髮的作用就顯得多餘。鯨魚這類海生哺乳動物完全生活在水中，從不上岸，因此裸露的皮膚可以減小水的阻力，有助於長距離潛遊。為了彌補保溫層的缺失，鯨魚擁有厚厚的皮下脂肪。相反，水獺等半水生哺乳動物則擁有濃密、防水的毛髮，可以吸附空氣，增加浮力，讓水獺更易於向上遊動。在陸地上，毛髮還能保護水獺的皮膚。

　　大象、犀牛（rhinoceros）、河馬（hip-popotamus）等大型陸上哺乳動物很容易處於過熱狀態，需要散去機體產生的大量熱量，因此毛髮也在進化過程中逐漸脫落。動物體型越大，身體表面積與體重之比就越小，散發體內多餘熱量的難度也就越大（相反，老鼠和其他小型哺乳動物的身體表面積與體重之比較大，需要努力保留足夠的熱量）。在更新世期間（即200萬年前～1萬年前），犀牛、猛獁（mammoth）以及現代大象的其他近親因為生活在寒冷環境中，身體披著長長的毛髮，有助於它們保持體溫，降低進食量。而今天，幾乎所有大型哺乳動物都生活在悶熱環境中，對於這些相對散熱面積較小的動物來說，濃密粗長的毛髮將會危及生命。

　　人類體毛的脫落並不是對地下或水生生活的進化適應（儘管一個廣為人知的假說認為，人類是從水生猿類進化而來的），也不是體型增大的結果，而是為了使人體保持涼爽狀態，這可以從我們的高級出汗機制看出端倪。

　　為什麼「水猿假說」站不住腳

　　為了闡釋人類裸露皮膚的進化過程，科學家提出過很多理論，其中最引人注意、獲得支持最多的是「水猿假說」：人類進化曾經歷過水生階段。在1960年的一篇科普文章中，英國動物學家艾利斯特哈代（Alister Hardy）爵士首次提出該假說，很快就得到英國作家伊萊恩摩根（Elaine Morgan）的擁護，後者不斷地在她的演講和作品中宣揚這個假說。但問題是，這個假說顯然是錯誤的。

　　水猿假說認為，在700萬年前～500萬年前，東非大裂谷的出現，使早期人類無法在他們偏愛的熱帶森林環境中生存，不得不適應沼澤、沿海和澇原的半水生生活，而且在此度過了約100萬年。摩根認為，人類與水生和半水生哺乳動物擁有一些共同的解剖學特徵，而與稀樹草原的哺乳動物不同，這就是人類祖先曾經歷過水生時代的證據。這裡提及的解剖學特徵包括裸露的皮膚、頂泌汗腺的減少以及皮下脂肪量的出現。

　　水猿假說有三個站不住腳的地方。首先，在摩根列舉的特徵中，不同的水生哺乳動物本身就有很大差別，因此動物體毛的數量與它們的生存環境之間沒有直接關係。其次，化石記錄表明，水生棲息地有很多獵食性的鱷魚和攻擊性很強的河馬等動物。在與這些猛獸對峙時，個體很小、自衛能力不足的人類祖先根本不是對手。第三，水猿假說太複雜。這種假說認為，我們的先祖從陸地生活轉入半水生生活，然後再回到全陸地生活。正如美國印第安納大學波利斯分校的約翰H朗頓（John H. Langdon）所闡述的那樣，對化石記錄最直接的詮釋是，人類一直生活在陸地上，人類裸露皮膚的進化動力源自氣候變化——它使森林轉變為稀樹草原。從科學的角度看，最簡單的解釋往往是正確的。—尼娜G雅布隆斯基

　　散熱機制

　　對於很多哺乳動物（不僅是大型哺乳動物）來說，保持身體涼爽是一個大難題，尤其是它們生活在燥熱環境並因為長距離行走和奔跑而產生大量熱量時。它們必須及時調節身體內部溫度，如果過熱，一些器官和組織（特別是大腦）就會受到損傷。

　　哺乳動物用多種策略防止身體過熱：犬類選擇喘氣的方式；大多數貓科動物在晚間涼爽時段最為活躍；羚羊則把動脈血中的熱量轉移到已通過呼吸冷卻過的小靜脈血中。但對於包括人類在內的靈長類動物來說，出汗是主要的散熱方式——皮膚分泌汗水，汗水蒸發時就會帶走體表的熱量。這種全身降溫機制與蒸發冷卻器（也稱散熱器）的原理相同，能極有效地防止大腦及身體其他部位因過熱而受損。

　　然而，出汗的方式也不盡相同。哺乳動物的皮膚擁有三種腺體——皮脂腺（Sebaceous gland）、頂泌汗腺（apocrine gland，也稱大汗腺）和小汗腺（eccrine gland），汗液就是由它們共同製造的。在大多數哺乳動物中，皮脂腺和頂泌汗腺是主要產汗腺體，位於毛囊基部附近。它們的分泌物會在毛髮上形成一層油性的、有時呈泡沫狀的混合物（在奔跑的賽馬身上就能看到這樣的汗液）。這種出汗方式雖然有助於降溫，但降溫程度很有限。美國艾奧瓦大學的小G埃德加福克（G. Edgar Folk, Jr.）和同事在20多年前就證實，當動物皮毛變得潮溼、被黏稠的油性汗液纏結在一起時，散熱效果就會大打折扣。這是因為蒸發發生在毛髮表面而非皮膚表面，毛髮的雜亂無章阻礙了熱傳遞。在熱傳遞效率降低，可能威脅機體健康的情況下，動物必須大量飲水，而此時往往又沒有現成的飲用水。因此，在酷熱的夏天，如果全身長著毛髮的哺乳動物被迫激烈地或長時間運動，就可能因熱衰竭而虛脫。

　　人類不僅沒有毛髮，還擁有數量極多的小汗腺（200萬～500萬個），每天能分泌多達12升的稀薄水性汗液。小汗腺並非聚集在毛囊附近，而是靠近皮膚表面，通過微小的毛孔排放汗液。裸露的皮膚，再加上汗腺直接將水性汗液分泌到皮膚表面，而不是聚集於皮毛上，使得人類可以非常有效地釋放過剩熱量。2007年，美國哈佛大學的丹尼爾E利伯曼（Daniel E. Lieberman）和猶他大學的丹尼斯M布蘭博（Dennis M. Bramble）在《運動醫學》（Sports Medicine）上發表論文指出，人類的散熱系統非常高級，以至於在酷暑天舉行的馬拉松比賽中，一個人可以戰勝一匹馬。（本文選自《環球科學》2010年第3期 封面故事《「赤裸」的真相》）

　　本文作者：

　　尼娜G雅布隆斯基 是美國賓夕法尼亞州立大學人類學系負責人，主要研究人類皮膚的自然歷史、雙足行走的起源、舊大陸猴的演化和地理分布，以及過去200萬年一類哺乳動物的古生態。她曾在中國、肯亞和尼泊爾從事過野外研究工作。

　　本文譯者：

　　董為 是中國科學院古脊椎動物與古人類研究所的研究員，主要研究晚新生代（約2000萬年前以來）哺乳動物的分類和演化、古猿和古人類演化的環境背景、化石標本CT掃描數據的三維復原及虛擬解剖。他曾與本文作者多次交流或合作，一同發表過關於雲南保山塘子遺址的研究報告。（《環球科學》）