古代人类有多强壮？现代运动员是了解过去的窗口

这篇文章刊载于2020年9月/10月的《Discover》杂志，标题为“一项运动进化”。我们希望您会订阅 Discover，并在科学新闻最需要的时候支持科学新闻业。

考古学家 Annemieke Milks 计划测试一些世界上最古老长矛的弹道特性。这些长矛由尼安德特人于30万年前制造，长约7英尺，形似削尖的特大号扫帚柄。20世纪90年代在德国Schöningen的一处遗址发现时，它们与35匹马的屠宰遗骸一同被发现。显然，手持长矛的尼安德特人曾成功狩猎。

但这些古代武器的速度和射程究竟有多远？

Milks 想知道答案，于是她委托一位木匠用致密的云杉制作了复制品。然而，为了正确进行实验，Milks 需要研究参与者能够像生命攸关一样投掷。毕竟，尼安德特人是狩猎采集者，他们依靠长矛和其他原始技术来获取日常食物。如果把长矛交到大多数现代人手中，他们就会饿肚子。

“主要问题是如何克服完全缺乏投掷技巧，”伦敦大学学院的研究员 Milks 说。早期的研究测试了没有经验的投掷者——有时就是科学家自己——并得出结论，长矛只能飞出几十英尺，显得很微弱。“我当时挑了挑眉毛，”她回忆道。

作为2018年发表在《Scientific Reports》上的一项研究的一部分，Milks 让六名标枪运动员进行了测试。训练有素的投掷者以超过35英里/小时的速度将Schöningen长矛复制品投掷出80多英尺。

通过使用运动员作为研究对象，Milks 为一个古老的争论增添了新数据：学者们长期以来一直认为尼安德特人的武器太笨重，无法投掷，因此必须直接刺入猎物。与远程投掷相比，这种刺杀技术风险高、回报低——这可能在尼安德特人的最终灭绝中起到了作用。

但“在专家手中，你就会看到截然不同的景象，”她说。“这些长矛表现良好。它们能飞起来。”

Milks 并非唯一一位招募运动员来解答人类进化问题的科学家。她的实验用标枪运动员取代了长矛猎人；其他近期研究则用跑步者来模拟古代采集者，用赛艇运动员来模拟早期农民。通过严格的训练方案，运动员面临的身体需求更接近我们高度活跃的祖先。而且有些运动员会将自己推向极限——这使得研究人员能够研究处于生存模式下的人体。

“在探索和研究我们进化历程方面，新兴的研究领域具有巨大的潜力，”英国拉夫堡大学的生理学家 Danny Longman 说。

活跃的骨骼

Longman 和同事在2020年发表于《Yearbook of Physical Anthropology》的一篇论文中，将这种方法命名为“人类运动古生物学”，并概述了它如何为人类物种带来新见解——并且可以继续这样做。

大约十年前，文章的合著者 Jay Stock 开始分析运动员——特别是他们的骨骼 CT 扫描。Stock 曾是剑桥大学的人类学教授，现任西安大略大学人类学教授，他想确定与运动相关的骨骼特征，这些特征也可以在古代骨骼上找到。这有助于阐明过去社会的身体需求——数千年前甚至更久以前的普通人进行了多少跑步、投掷和搬运活动。

当时，人们已经知道剧烈的、重复性的动作会改变骨骼的特性，例如厚度、形状和密度。当你习惯性地以某种方式使用骨骼时，它会变得更坚硬以抵抗应力。骨骼改变的模式取决于所进行的具体活动。但是为了理解这些模式，Stock 需要一把钥匙：对经过已知运动方案训练的骨骼进行的测量。

普通人是不够的。与古代人相比，工业化社会中的大多数人都是“沙发土豆”。而且，相当活跃的个体通常会参加各种运动，所以他们的骨骼不能代表任何一种特定的活动。

这就是为什么 Stock 求助于运动员：“如果他们接受了同一项运动的训练，并且训练了很长时间，特别是在青春期，那么他们很可能会拥有……刻板的活动模式，”他说。

在初步研究中，Stock 和合作者 Colin Shaw 发现了大学游泳运动员、跑步运动员、板球运动员和曲棍球运动员在骨骼上存在一致的差异。将这些方法应用于化石，他们在2013年发表于《Journal of Human Evolution》的论文报告称，现代游泳运动员的骨骼与19世纪末安达曼岛人的骨骼相似，后者通过划船和游泳来觅食。而且，4万至12万年前的直立人（Homo sapiens）和尼安德特人的胫骨似乎比那些从青春期起每周跑步80到100英里的越野运动员的胫骨更强健。这意味着：这些早期人类为了满足日常需求而远行。

近来，这项方法揭示了中欧早期女性农民的辛勤工作。看来，她们在2000到7000年前的日常生活，与当今精英女性运动员的训练一样艰苦。在2017年发表于《Science Advances》的一项研究中，Stock 当时的研究生 Alison Murray 将30名新石器时代女性与现代跑步者、足球运动员、赛艇运动员和非运动员的骨骼强度进行了比较。平均而言，这些农民的小腿骨骼与当今的非运动员相似，这表明过去的女性通常待在家附近。

但“最大的发现是，哇，当你看看她们的手臂时，她们比赛艇运动员还要强壮得多，”现在是加拿大维多利亚大学人类学家的 Murray 说。

那些赛艇运动员每周训练21小时，以超过自身体重六倍的力量划桨。然而，这些农民女性发展出了更强健的上臂，这很可能来自于种植和收割农作物、研磨谷物和制作陶器。“强度不高，但活动次数非常多，”Murray 说。

挑战极限

除了过去人群的辛劳，Murray 和其他人还在利用运动员来研究更基本的人类进化问题：在资源匮乏和压力时期，我们的祖先是如何生存下来的？

有人认为，人类具有一种进化的应对机制。当资源耗尽时，激素会告诉身体将能量输送到最重要的任务——免疫防御和维持重要器官的功能——而不是非紧急事务，如性欲和生长。然而，这一过程的细节未知且难以研究；显然，对研究参与者进行饥饿或过度劳累是不道德的。

但有些人已经将自己的身体推向了极限：极限耐力运动员参加持续数天或数周的比赛，通过步行、自行车、划艇或其他自我推进方式，跋涉数百英里。

科学家们追踪了这些运动员在艰苦比赛中激素、免疫标记物以及肌肉和脂肪储备的变化。“这可能告诉我们关于很久很久以前祖先的生理学和内分泌学的一些信息，”Murray 说。“这些是我以前从未想过只能通过研究骨骼来问的问题。”

Murray 和 Longman 最近从参加比马拉松距离长三到六倍的比赛的跑步者那里收集了唾液和血液样本——而且是在极端气候下。在西班牙和秘鲁丛林的比赛中，气温接近100华氏度。而在尼泊尔喜马拉雅山和芬兰北极圈内的比赛，气温则远低于冰点。

这些样本的分析正在进行中，研究人员对结果充满期待。他们已经有了概念验证——证据表明，极限耐力赛事确实会使身体进入生存模式。在2018年发表于《American Journal of Human Biology》的一篇论文中，Longman、Stock 和同事评估了66名在22至36小时内完成连续102.6英里比赛的跑步者。赛后，运动员的免疫标记物有所提高，同时睾酮和性欲下降——后者是基于观看一组半裸人物幻灯片时自我报告的唤起评分。

这符合理论预测，即在困难时期，免疫防御比性欲更受重视。

“他们的身体必须决定如何分配能量，”Stock 说。“对我来说，这真的非常非常有趣，因为它是一个了解生存的窗口。”

一个由挑战人类物种极限的运动员打开的窗口。

Bridget Alex是一位居住在加利福尼亚州帕萨迪纳的科学作家和人类学家。