达尔文、华莱士与人类演化

王士元，香港理工大学讲座教授，台湾“中研院”院士。197s年在加州伯克利创办Journal ofChinese Linguistics 并任主编至今。曾获选国际中国语言学会（lnternational Association of chinese Linguistics）首任会长。他的著作曾以汉语、英语、法语、德语、意大利语及日语出版。他由衷服膺跨学科研究，曾与人类学家、计算机科学

家、遗传学家、数学家及心理学家合作发表影响深远的论文。他的研究兴趣是语言及大脑，以及这两者在人类演化史上及在人类日常生活中所扮演的关键角色。

华莱士之惑：

19世纪中叶，英国人类学家华莱士（Wallace）在东南亚进行田野工作时，不幸感染疟疾，他发烧得很厉害，只能在床上养病。卧床期间他突然灵机一动，很兴奋的提笔给一位权威达尔文写了一封长信，他在信里叙述了自己突如其来的一个想法，请这位前辈给予一些点评，并希望他介绍一个会对此理论有兴趣的学报，让这个想法可以公诸于世。

可是達尔文收到这封信后却非常震惊，一时间觉得进退两难。这是因为他在这个理论上已经下了几十年的工夫，只是一直还没有公开出来。于是他立刻请教了几位很熟悉他的研究的师长朋友，请他们替自己出个主意。一方面，他当然不愿意演化论这个伟大的假设让别人抢先发表了，可是另一方面，华莱士既然给自己来信了，他当然也不能置之不理。后来，英国的一些资深学者就建议了一个比较公平的方案，在1858年林奈学会（Linnean Society）的年会里，请达尔文和华莱士同日发表他们的研究。所以现在一般说达尔文和华莱士是演化论的共同发现者（co-discoverers）。这一则既属巧合又彼此谦让的轶事，在生命科学史上是许多人都知道的一段佳话。

可是这方面还有一段很有趣的历史，知道的人比较少，那就是在人类大脑与语言的演化上，达尔文与华莱士的立场有着非常根本的差别。华莱士的看法是，人群与人群之间有着巨大的区别，有的群体住在大城市里，生活中不乏种种先进的科技与工具，而有些小群体却一辈子生活在沙漠或丛林里，只能靠狩猎采集为生。然而这些小群体的人，他们的大脑及语言仍远远超过基本的生活所需，因此他们的大脑和语言不可能是演化出来的，华莱士在他1869年的文章里是这么说的：

“同样的论证也适用于探讨人类语言的结构和心智器官上，因为语言的能力对最低等的野蛮人来说并无实质的功效；如果该能力没有用，那么发出语言必备的神经和肌肉的细致安排，就不可能是经由自然选择而发展协调出来的。这种观点可以由以下事实获得证实，即在词汇最不丰富的最低等的野蛮人身上，他们能够发出几种不同的声音、并将这些声音做千变万化的应用的能力，却完全不亚于高等的人种。因此早在那些人有此需要之前，某一种工具就已经预先被发展出来了。

当华莱士向达尔文表达这个看法时，达尔文非常激动的回了他一封信说：

“和你意见相左令我很遗憾，这真让我觉得可怕，也使我时常对自己不信任。我觉得我俩大概永远无法好好彼此理解了。”

达尔文当然非常不同意华莱士的看法，因为通过数十年刻苦的研究，他相信生物界里的一切，无论是好的还是坏的，都是演化的结果。

前年，哈佛大学出版社出了两本与这个课题相关的书，一本是M.Tomasello的A Natural History of Human Thinking，另一本是D.Bickerton的More than Nature Needs。Bickerton的书名就是说，竞争的演化能力有个上限，过了这个上限就是多余的，是大自然不需要的。而他书里第一章的标题正是：“华莱士之惑”。他在书里的第一页就点明了这个疑惑：

“自然选择所赋予野蛮人的大脑，应该只会比猿类的大脑稍微高级一点，然而实际上他们拥有的大脑，却几乎不亚于我们文明社会里一般人的大脑。”

在同年的Science学报里，S.Levinson写了一篇书评，把这两本书一并评论，书评的标题叫“语言与华莱士之惑”。他在结论里说的几句话我觉得很到点：

“奇怪的是，这两本书都没有认真地看待来自古生物学、考古学和古DNA的新数据。声带的发展、呼吸的控制、快速配对的输入与输出…都可以在考古遗迹中发现端倪。虽然对这些证据还存有怀疑，但我们的发声技巧很可能比两位作者所想的都更早就演化出来了，而这些技巧或许在所有其他发展上都起着因果关系的作用。”

我完全同意他的看法。如果要彻底地了解语言与大脑的来龙去脉，我们必须从很多不同学科里寻找相关的线索。Levinson提出了古代生物学、考古学及古DNA，其实我觉得我们应该把视野放得更宽：语言学、认知神经学及现代人的DNA，也都有必须参考的价值。另外Levinson还指出Bickerton与Tomasello都没有关注到说话能力对语言演化的重要性。的确如此，由于演化历程中人类的上半身，尤其是喉咙的结构改变，我们能够非常快地发出很多不同的音节来表达越来越复杂的思想。灵活的表达工具给思想发展的空间，相对的，丰富的思想刺激脑神经的联结，让喉咙、口腔、舌头的控制更敏捷，这样的循环互补，才促成了人类大脑的无所不能及人类语言的精密多样。这些问题在2011年的拙作《语言、演化与大脑》里有比较详细的讨论。

人类的演化：

从达尔文1859年的大作《物种起源》算起，至今已有150多年了，我们对语言、演化与大脑都已累积了很多研究成果与新知识，现在我们可以更深入地讨论这个很有启发性的课题。达尔文的确很有远见，在1859年的书里，他就已经推测到人类的发源地是在非洲，因为跟人类最接近的两大种灵长类—大猩猩及黑猩猩，也都生活在非洲。

如果我们把大猩猩、黑猩猩跟人的相片放在一起，一般人都会觉得两种猩猩的亲属关系比较近。可是事实上并非如此，黑猩猩与人类的关系其实更密切，但人类由于创造了文化因而演变得特别快。150年前的达尔文当然无法知道，在六百万年前，我们人类与黑猩猩有共同的祖先。而目前在灵长目下的人属（genus Homo）中，只剩我们Homo Sapons这唯一的种（species）了。

三百多万年前，我们的祖先开始直立起来用双脚行走，从而导致了一系列革命性的身体上的变化，包括越用越灵活的双手、喉头的下降，以及最重要的是大脑迅速的增长。三百多万年前，我们祖先的大脑约略是四、五百克重，而现代人的大脑一般在1.400克左右，对比起来已经增长了三、四倍！

双手灵活就可以制造工具，考古学家现已挖掘出各式各样的古人类石器，有的几乎有三百万年之久。喉头下降让舌头有更多的发音空间，提升了用声音沟通的能力。美国人类学家E.Sapir很早就推测过，当我们的老祖宗制造石器时，他们很可能已经具备一种非常原始、简单的语言。灵敏的手、沟通的能力都刺激了对大脑的需求，同时，大脑的增长也给工具制作和思想沟通带来新的天地，因此这三方面的发展是彼此互动且相辅相成的。

现在世界上约有六、七千种语言，它们的雏形，很可能是由不同的原始沟通方式拼合而成，并于20万年前在非洲开始涌现，然后由现代人一波波地带进世界各地。

关于这些语言是不是有的比较简单，有的比较复杂，语言学家其实有不同的看法。Sapir的想法是，世界上所有的語言都差不多一样复杂。他在1921年的经典之作Langusge里说过一句很耐人寻味的话：“不管是在文化进展的任何一个阶段，都可以发现这些族群说着若干多样的简单或复杂的语言。论及语言形式，柏拉图与马其顿的牧羊人、孔子与阿萨姆猎人头的野人，都可以平起平坐。”这句话意思是无论一个社会有多么发达，它的语言复杂度都不会有太大的差异。许多知名的语言学家如C.Hockett，都把这句话当作真理看待。

可是近年来，学者陆续发现这句话好像不完全对，复杂度这个概念其实本身就很复杂。例如南美有个语言叫做皮拉罕语（Piraha），根据语言学家Everett的说法，这个语言的确非常简单，一般语言学家所认为的每个语言都必备的某些词汇和语法结构，在皮拉罕语里就不存在。这并不表示，那些别的语言里都有的东西，说皮拉罕语的人就永远不可能学会，例如某些颜色词，或把一个附属从句插进一个主句里：这只表示，说皮拉罕语的族群很小，生活非常简单，在他们和外界接触前，并没有需要利用到那些繁复的词汇或语法结构。

再回到华莱士之惑这个课题上，他好像想说，因为他研究的东南亚原住民的头颅跟欧洲人的差不多一样大，因此他们的脑容量以及脑力也应当差不多。华莱士的这种论点不够全面，我们知道，与我们智人同为人属的尼安德特人，他们的头颅比我们的还要大些，可是他们却被我们的祖先消灭了，所以头颅的大小只能解释脑力的一部分，更重要的是大脑内部所含有的成分及它们之间的组织。

大脑的研究：

人脑里的细胞只有一半是神经元，其余的都是胶质细胞。每个人的一切，包括：思想、情绪、记忆、行为，都是由这些神经元网络相互沟通时所产生出来的结果，而近三十年来，认知神经科学上一个重要的新发现，就是我们的大脑是无时无刻不在变化的。

这个变化是由于大脑的可塑性（plasticity），况且这种可塑性虽会随着体质与年龄而有差异，例如小孩学语言就要比老年人容易得多，但每次我们有了新的经验，比方结交了一位新朋友，或者学会了一样新技能，如下棋或跳绳，大脑的神经网络就会改变。所以大脑一方面主宰了一个人的一切，可是反过来说，每个人的行为也在塑造自己的大脑。

大约300万年前，我们的老祖先南方古猿（AUSTRALOPITHECUS）由于直立起来，他们大脑的演化速度也增快了。可以用手来制作石器，用口腔发出越来越复杂的语音以便沟通。

目前已出土的最早的智人的化石，年代约是二十万年前。他们虽然已经具备语言的能力，可是这种能力究竟如何存在大脑里面，却一直要等到19世纪中叶才开始有点眉目。差不多是在华莱士与达尔文于伦敦的林奈学会年会上作报告时，巴黎有位名叫Broca的科学家，正在研究一位失语症患者，他在1861年发表了一篇开创性十足的文章，说明他的两个病人都失去了说话的能力，而尸检时发现，他们左大脑前部有同样的损伤。为了纪念这个发现，现在大家都把大脑里的那个区域称作Brocs区。可是有趣的是，这种失语症的病人虽然不能说话，他们理解语义却没有问题。不过要是左大脑的中部受了伤，如头部受到重击或中了风，那么发出流利语音的能力不会受损，可是会失去理解语义的能力。发现这个病症的是德国人Wernicke，所以左大脑里也有一个Wernicke区。Broca和Wernicke关注的是口语，他们之后还有人发现大脑的底部还有个区域和阅读有关系，这位法国科学家名叫Dejerine，他是研究失读症的创始人。这三位学者可以说是神经语言学的先驱。

可是在这三位先驱的时代，我们还不知道大脑是什么样的器官。一直要等到20世纪初，才有一位西班牙科学家Cajal证明了神经系统的单位是神经元，并且把显微镜里看到的几十种神经元，清清楚楚地画了出来。之后又要再等一个世纪，才有人用最先进的技术，把大脑里细胞的数目算出来，发现这些细胞一半都不是神经元。

前人所见的大脑损伤后的神经元，都是要等人死后进行尸检才得到的数据。要再等到二十世纪末，由于科技的日新月异，我们才能利用最先进的仪器，观察语言在大脑里即时运作的情形。很重要的是，前面所提的三位先驱，看到的只是位于大脑皮层的表面伤痕，因此很容易误以为一种语言能力就只关系到一个明显的脑区。其实语言是个内部成分包罗万象的复杂系统。要了解语言，我们必须放宽视野采取宏观的方法，因为语言现象不是局部区域性（local）的，而是全盘性（global）的，拙文“宏观语音学”里讨论过这一点，载2008年《中国语音学报》1：1-9现在举两个例子说明这点。

Brocs的两个病人死后，他解剖取出并检查了他们的大脑，可是并没有把大脑切开，反而把它们细心的保存在巴黎的一个博物馆里。他把这两个大脑泡在甲醛里以防止腐烂。美国神经科学家Dronkers得知这件事后，亲自到博物馆里取出这两个大脑，用MRI彻底分析了一下，她所得的图像，充分说明了这两位失语症患者的大脑里所受到的损伤，远远超过了皮层上所看得见的伤痕，许多皮层下的神经网络也都受到了损害。有了MRI这种仪器，我们越来越明白语言行为所需要的，不只是几个皮层上的区域，而也必须包含皮层下的结构，特别是基底节（basal ganglia）及边缘系统（limbic system）里的神经网络。

我想举的另一个例子来自fMRI，这种方法可以在人运用语言时，从他们的大脑取出血液里新鲜氧气的信号。从动脉送进大脑的血液都充满了氧气，fMRI就利用磁感应的方法量出血液中带氧或缺氧的状态，这种信号叫做BOLD（Blood OxygenLevel Dependent），即血氧浓度相依对比。

加州大学Huth的研究团队让受验者观看电影或聆听广播，这些节目里约有一千个英文词。这些相关的词在受验者大脑上激活了哪些部位，Huth就把那些部位用fMRI画了出来，见图7。

从他们的图像我们可以看出几点有趣的结果。一是同一个词会激活几个不同的部位，例如apple这样的词，会引发几种不同的感受，包括它的味道、颜色、凉滑的果皮、咬开时的声音，都位在大脑不同的区域里。另一个结果是，词与词之间的关系，例如，man、teacher、nurse都是指人，因此这些词所激活的部位都比较相近，离apple所激活的部位較远。还有个结果是，他们的七个受验者所激活的部位都很相似，说明这些受验者的大脑组织词的原则大同小异。生理演化与文化演化：

现在我们回到“华莱士之惑”。华莱士认为，最简单的狩猎社会和最先进的科技社会里的居民，他们的大脑和语言复杂度其实不相上下，可是这两种社会生活上的需要却相距甚远。因为自然选择只会带来生活上有需要的东西，因此他推论，简单社会的居民的大脑和语言，不可能是经由自然选择演化出来的产品。

不过华莱士能看到的大脑，只限于它的容量大小与表面形状，因此才会妄下错误的结论。大脑内部的结构，尤其是神经网络的联系，才是更要紧的认知基础。神经网络的可塑性非常高，总是跟着生活在变。内部结构一定要演化到必需的复杂度，我们的认知、记忆、以及这些能力所支持的语言才能涌现。我们相信从原始的交际系统变成现代语言的这个演化过程，一定经过了几个重要的相变。

语言是人类演化史上最关键的思想和交际工具。有了语言沟通，人与人之间就可以团结起来，让群体的规模不断扩充，从农业社会里几百人的群体，扩大到工业社会中几万人的群体，再到目前信息时代几十亿人的群体互相交际。随着人口数量增长，思想上的创新就跟着更多样化，可供选择的对象也随之提高，因此演化的速度也变得越来越快。

思想创新是一种文化演化，要比生理演化快得多。生理演化的主要机制是纵向传递，信息只能来自父母DNA的重组及突变；而文化演化的主要机制是横向传递，创新的信息没有限制，来自很多不同的地方，速度是非线性的。把身体的一部分变成翅膀，生理演化需要几千万年的时间。可是从农业社会到飞机的发明，通过文化演化，只需要一万多年。这两种演化速度上的差距只会越来越加剧。语言演化也是一种文化演化，在当前的信息社会里很可能会催生一出种崭新的演化方式。

我们经常说“物竞天择”，靠着消灭对方来夺取资源。英国诗人A.Tennyson写过一句诗“大自然，鲜红的齿及爪…把动物的竞争说得血淋淋的。可是演化不只是竞争，演化也是合作，借由互利互惠来提高资源分配的效率，共同改善生活条件。达尔文在他1871年的巨著里说过：

“毫无疑问地，一个部落如果拥有许多原意彼此协助、为了共同利益而牺牲自己的成员，那么这个部落定会战胜其他部落，而这就是自然选择。”

所以演化有种种不同的层次，人跟人可以竞争或合作，群体跟群体也可以竞争或合作。一个人可以在群体内为了某些事跟别人竞争，但是却跟他群体里的成员合作去跟别的群体竞争。

一个人为什么愿意为别人冒险，甚至于牺牲自己，这是个非常有趣及重要的问题。英国遗传学家J.B.S.Haldane曾经说过一句发人省思的话：

“我愿意跳进河里去救两个亲兄弟或者八个表兄弟。”

这句话乍看之下不合常理，既然亲兄弟和自己的血缘更近，为什么只救两个亲兄弟，而要救八个表兄弟。其实他的意思是，每个亲兄弟有他50%的DNA，所以就算他牺牲了，保留的DNA却没有吃亏。而每个表兄弟只有他12.5%的DNA，因此他必须救八个才能保本。

Haldane的这种观念叫做亲属选择（kinship selection），刺激了几十年的生物研究，包括W.D.Hamilton深入的分析。我们现在知道许多动物都会合作，简单的例子包括昆虫类，如蚂蚁搬东西及蜜蜂采蜜，复杂的例子包括哺乳类，如母狮一同猎捕羚羊及黑猩猩合作猎捕小猴子。可是虽然很多种动物都有合作行为，但因为人类有语言来表达复杂微妙的思想及协助配合行动，所以人类合作的群体大小、合作的本质方式，就与其他动物有天壤之别。

华莱士与达尔文讨论的两个议题，语言与大脑，经过150多年的科学探索与研究，已经不再那么神秘。可是如何通过语言与大脑更深入地了解与加强人类的合作精神，正是目前许多学科的研究目标，包括生命科学及社会科学。R.Dawkins的《自私的基因》40年前出版时，引起了热烈的关注，可是讨论已久，现在更应当注重“利他主义”具备什么样的基因、大脑、及社会的基础。哈佛大学数学家M.Nowak最近用博弈论研究了什么样的条件会导致更多的合作。在目前的世界，人口如此之稠密，矛盾、对抗、冲突的事件越来越多，而破坏力又如此之强大，我们急需多层次的合作，否则就一定危机重重，这些问题也都是语言与文化演化的结果。希望在多学科的研究框架下，我们能尽快多了解这些问题，也许能够帮助人类创造一个更美好的未来。