长颈鹿的视野也很开阔,但取得的成绩仍无法与人类相比,因为长颈鹿的智力基础比较薄弱,就好比给无知的文盲配备一台高级天文望远镜,他可能会看到很多眼花缭乱的太空信息,却没有能力对这些信息进行科学处理,也就不会产生创造性的天文理论,大部分信息都会被迅速过滤并遗忘,以免占据过多大脑内存。长颈鹿缺少对大量信息作出准确处理的前提条件,所以大部分信息都被视为垃圾,对它们而言,只有哪里有食物、哪里有狮子、或者哪里有异性同伴才是有效信息,而它们的大脑处理这些信息已经足够。
双手的使用、视野的增加、狩猎的需要、营养的改善等等因素都只是人脑增大的部分前提,人脑增加是涓滴成河不拒细流的过程,是海纳百川的结果,是各种复杂事件的综合而不是单一事件的影响,比如非洲草原炎热的气候有利于神经元细胞的增殖;双耳听力的改进;复杂语言的使用;触摸感觉依赖性的提高;走出非洲时应对复杂变化气候条件的需要;或者还有幼态持续的深入发展导致脑袋变圆等等。每一种因素都施加了一定的影响。举个简单的例子,脑袋变圆与脑袋增大有什么直接的关系呢?除了圆形的容积最大外,人的头颅还与其他动物明显不同,区别在于人脸比较短,如果长一点就会被讽刺为驴脸,短脸显得圆而可爱,这不是根本,根本的原因是一张较短的脸不至于让脑袋有前顷的趋势,顶在脖子上就更省力气,颈部的肌肉因此而省去了很多牵引力,否则时常要用双手去扶正自己的脑袋,就像扶一顶尺寸过大的帽子,无论如何也是一件极其尴尬且危险的事情。
所有这些因素中,直立行走是变化的根源,信息量增加是压力,营养改善是物质基础,具备了这些要素的大脑完全有理由变大,但不等于必须变大,具体如何变大还要取决于基因,最直接的生物学基础仍然是基因突变。
根据最新数据,人类与黑猩猩的基因相似率达到99%甚至更高,这让生物学家非常奇怪,因为这两种动物的外表如此不同,以至于我们很难相信,那仅仅不足百分之一的基因会造成如此天悬地殊般的差别。我们不得不改变对基因的认识,现在基本相信并不是基因表达、而是基因的调控在从猿到人的过程中起到了更大的作用。人与黑猩猩的基因就好比是两支人员相同的队伍,但在队伍行进过程中指挥官却发出了不同的命令,所以这两支队伍就在不同的方向上越走越远。这使得研究基因差别变得非常困难,因为它们看起来大体相近,表达的蛋白质也基本一致,对于某种蛋白表达量多少、某种基因关闭或开放这些调控指令又非常难以察觉,正像那两支队伍的指挥官发出的是秘密指令一样,我们不知道分手的原因到底何在,只看见两支队伍向着不同的方向去了——我们看到了人与黑猩猩完全不同的外表,却远没有搞清隐藏着的差异本质。
研究进展虽然缓慢,但总在进行之中,2006年,美国加利福尼亚大学的研究团队发现了一个影响脑袋发育的基因,这个基因只有一百多个碱基,在其他动物身上非常保守,数亿年来很少突变,比如黑猩猩和鸡,在进化树上分开了三亿多年时间,却只有两个碱基变异,说明这个基因非常重要,一旦突变就可能导致死亡。
但是,在几百万年前,人类祖先的这个基因突然加速突变,比其他基因突变快了七十倍,短期内与黑猩猩拉开了十几个碱基的差异。研究人员推测,正是这个加速突变的基因导致了人类的出现。进一步的研究发现,那可能正是人类大脑快速增加的重要原因,这一基因并不表达蛋白,只是对其他基因起到调控作用,相当于一个连锁开关,打开以后很多灯光将相继亮起,人类的进化行程就这样充满了光明。
后来陆续又发现了几个控制脑袋大小的基因,有些基因一旦突变,人脑就将无法增大,呈现小脑畸形,因而被命名为人类小头基因,它们的作用与细胞有丝分裂有关,在胚胎发生期就开始发挥作用,通过调节神经前体细胞增殖而影响脑容量,使得神经元减少,大脑皮层变薄,从而导致智力下降。特别是最近鉴别出的一个基因更让人吃惊,当它突变时,人脑就会变回四百毫升左右的水平。
你知道这个数字意味着什么吗?
那正是两百多万年前露西的大脑水平!
人脑与猿脑分道扬镳还有一个重要的途径,那就是赋予旧的基因以新的功能,其中涉及基因的复制与倍增,即所谓基因的新功能化,可以在不改变基因序列的前提下使生物获得新的性状。通过基因组测序,研究人员已经基本了解了人类进化过程中的基因新功能化事件,很多都与大脑结构相关。
在对比人与黑猩猩的基因差异时,有些学者采取了独特的研究视角,他们不再关注人类比黑猩猩多了哪些基因,而是调查少了哪些基因。不比不知道,结果发现人类竟然比黑猩猩少了五百多个基因,却为黑猩猩与其他哺乳动物所共有,合成维生素C的能力就在此列。
进一步的研究发现,有一个丢失的基因控制着黑猩猩的大脑容量,它位于一个抑癌基因旁边,并可能对这个抑癌基因起到调控作用。所谓抑癌基因,就是抑制癌症发生的基因,可以有效控制细胞的分裂与生长,如果抑癌基因失活,细胞分裂就将失去控制。极有可能正是人类丢失的那个调控基因导致抑癌基因的活性改变,使得人类大脑神经元增殖提速,进而可以发育得更大、导致智力的飞速提升。
随着大脑基因研究的深入,人们认识到了越来越复杂的影响因素,比如约四万年前发生了一次与脑磷脂相关的突变,而那一时间正好是人类艺术与音乐出现的时期,并且开始大量制造工具。六千多年前的一次突变则暗合了人类书面语言及农业与城市的发展。如果能证实人类基因的改变与某些文化现象之间的联系,此类研究所揭示的秘密将越来越引起人们的普遍关注,结论也将越来越深入到社会科学领域,比如,黑猩猩没有书法艺术,可能是因为它们没有萌发书法艺术相关的基因,当然就无法拥有如人类这般的最强大脑。
2、最强大脑
从受精卵开始,大脑从无到有到极度复杂化,已是一个可以研究的过程。受精后大约十二天时间,开始出现神经元,一个月后,简单的大脑已经形成。从第二个月开始,大脑开始快速生长,要比其他器官更快,特别是从第三个月开始,是决定细胞神经元数量的关键时期,在长达一个多月的时间里,神经元都在不断分裂,如果在这段时间提供充足的营养,大脑将会得到更好的发育。
接下来神经元开始移动,移动机制尚不清楚,不过有一点很明确:神经元的数量虽然重要,所处的位置同样重要。而引导神经元移动的极有可能就是神经胶质细胞,它们似乎为神经元铺设了一条简单的轨道,神经元会在这轨道上滑到合适的位点以构建正确的大脑。
神经元就这样不断增生并分布到恰当的位置,像洋葱一样层层堆积起来,一共会堆起六层,到九个月时,一个完整的大脑已基本装配就绪。这么大的脑袋对母亲已经形成了威胁,所以余下的生长要移到体外进行。
在出生后的两个半月直到两岁之间,婴儿大脑会再次迅速增大,这一时期也是神经元形成连接的高峰期,同时也是婴儿接受大量外界知识的时间,可能是新世界的信号刺激太过密集与强烈,所以神经连接急剧爆发,速度是如此之快,仅仅唱一支儿歌的时间,他们的大脑已经长出了十几万个连接。所以在半年时间内,小家伙的脑袋要增大一倍以容纳新增的神经连接。此后几年内大脑仍然保持快速增长,大概到五岁时,已非常接近成年大脑了,此后增长速度才开始放慢。所以小孩看起来都是大头娃娃,因为身体发育远远没有跟上大脑发育的速度。
长成以后的大脑平均质量约有一千四百克,古人曾把“二斤半”当作脑袋的代名词,那确实是砍下来称量后得出的比较靠谱的数值。
令人吃惊的是大脑几乎不会完全停止发育,就算是二十岁以后的成年人,只要不停止用脑,并且保持适当刺激,神经元之间的连接仍会持续生成。而且,不同的刺激可以引发不同的大脑生长方式,事实证明我们的大脑存在高度可塑性,这也是人脑存在巨大潜能的源泉。
我不想用一大堆解剖学术语和字母来介绍成人大脑的结构,为简洁起见,不妨把大脑看作一张地图,划分为很多区域,每个区域分管不同的工作,有的负责语言、有的负责空间定位、有的负责举止行为,此外如情绪、注意力、阅读能力、理解能力等等,都有相应的负责单位。某个区域越活跃,相应的能力也就越强。
定义天才的难点在于,你不能全面衡量所有区域的整体水平。而如果只以单独区域作为标准,说不定精神病人的表现更为抢眼,因为他们的某些大脑区域会处于高度活跃状态。
仅从解剖学角度观察大脑,可以说平淡无奇,吃过猪脑的都知道,像一块豆腐,而且是质量很差的豆腐,没什么筯道。但事实上内在结构极度复杂,普通人的大脑约有一百多亿个神经元,和七百万平方公里亚马逊雨林中的树木数量相近,另外还有一千多亿个神经胶质细胞,那就相当于十个亚马逊雨林了。每个神经元都不是独立的,与其他神经元之间都存在几万甚至十几万个连接,像亚马逊雨林中的树叶那样密集,形成了极其繁杂的神经网络。通过眼睛、耳朵和皮肤等感官收集的信号就在这网络之间传递、储存、回忆。
脑容量是表示脑袋大小的重要指标,可以间接衡量不同动物的脑部发育情况。方法也很简单,先用细沙填充颅腔,然后把沙子取取出来用量杯测量体积,就可以知道准确数值。黑猩猩和人类体重相近,脑容量却只有四百毫升左右,装不下一瓶白酒,而人类的脑壳可以装下大约三瓶白酒,当然,那并不是人类酒量大小的物质基础。
因为脑容量小,所以黑猩猩几乎没有额头,眼睛上面就是头发,外加几道皱纹,看上去老态龙钟。而人类不然,眼睛上面有好大一块裸露的皮肤,被颅骨撑的发亮,是一块光闪闪的招牌,上面似乎写着几个大字:我很聪明。
所以很多人都喜欢把自己的大脑袋显露出来,包括一些领袖级人物,他们在用发亮的脑门炫耀自己的智力,越是老年越喜欢显示大脑的优势,因为他们的肌肉已经失去了竞争力,展示大脑是替代手法,更何况可以顺便掩盖脱顶的趋势。年轻人肌肉处于鼎盛时期,所以不需要展示大脑,有些人还会故意用头发盖住前额,表示不屑于和别人展开智力竞争,这是一些奇特新潮发型的内在原因。
人类的脑袋不只在灵长类中可以称王,在哺乳动物中也首屈一指。当身体尺寸大致相同时,人类的大脑约为其他哺乳动物的七倍。当然我们不应该和大象或鲸鱼相比,它们的大脑约是人类的六倍——脑袋大只是因为个头太大。也就是说,与同等身材的其他动物相比,人类的脑袋显得很特殊。
这似乎确实值得骄傲,但同时也最容易引起误解。我们很容易形成这样的观念,脑袋越大的动物越聪明,但只要换个角度解读,就会得出完全不同的答案。以蚂蚁为例,蚂蚁的脑袋确实小,我们有理由鄙视它们,它们甚至都谈不上拥有脑袋。不过生物学道理很简单,脑袋小并不是因为它们被上帝抛弃,而是身体大小决定了它们只能拥有那么多神经元,而且也只需要那么多神经元,如果拥有人类这么大的脑袋反而是浪费和负担。
蜜蜂会同意这种观点,它们的大脑只有一立方毫米,大约一百万个神经元,但是它们仍然能做很多复杂的事情,它们战斗、采蜜、互相交流、饲养后代、保洁巢穴,有时也需要谈谈恋爱抓紧交配,有人认为蜜蜂甚至比婴儿的学习能力都强。换句话说,它们脑袋虽小,但并没有影响生活和繁殖。
时常被人类鄙视并加以严厉打击的老鼠等啮齿类动物比人类出现的更早,但它们依然獐头鼠目,那是因为啮齿类动物的大脑结构与灵长类完全不同,它们的神经元大小与脑容量成比例增长,所以容量增大并不能导致神经元数量增多,信息处理能力不能得到相应提高,既然如此,为什么还需要大脑袋呢?
这一原则还约束了啮齿类动物的体型,因为体型越大,需要的脑袋也越大,既然脑袋大不了,所以体型也大不了。正因为如此,我们现在看到的啮齿类动物都是小个子。
而灵长类动物则不然,神经元细胞不会随着脑袋增大而增大,大一点的脑袋就可以容纳更多的神经元,也就意味着更强的处理能力。如果一只小鼠想要拥有与人类大脑相同的处理能力,它们的脑袋需要比人脑大出六倍才行,显然,让小鼠顶着十升纯净水桶那么大的脑袋是不可能的任务,所以它们只能接受较小的脑袋。对它们而言,那么小的脑袋已经够用了,它们生活得很好,生殖也很成功,个体数量比人类还多,从这个意义上说,它们在人类面前根本没有必要自卑。一切都取决于自然选择,人类的大脑概莫能外,都只是为了更好的生活和繁殖而已,并无不可理解之处。
一个杞人忧天的问题是,人脑还会继续增大吗?