石器制造 人类进化

丁佑

制造和使用工具是人类的一个重要特征。过去，人类学家曾经认为这是人类独有的、区别于其他动物的决定性特征。但在20世纪50年代，这一观点受到了挑战：生物学家在野外观察到黑猩猩用树枝取食蚂蚁，这表明人类并非唯一会使用工具的生物。1960年，著名人类学家路易斯·李奇在其著作中写道：“现在我们必须重新定义工具，重新定义人类，或者将黑猩猩视为人类。”

时至今日，我们既没有重新定义“工具”，也没有把黑猩猩当作人类。在过去的几十年里，科学家们发现黑猩猩、乌鸦、水獭、海豚和许多其他物种都会使用某些工具。“使用工具是人类的决定性特征”这一观点已经被科学界所抛弃。人类学家开始寻找其他将人类与其他物种区分开来的特征，来重新定义“人”的概念。目前，许多学者认为，复杂的社会组织和语言可能是人类独有的特征。

然而，近年来一些考古学家开始以一种新的方式来看待工具。他们认为，虽然工具不是人类所独有的，但这并不意味着它们不是人类进化的重要驱动力。人类创造出了复杂的工具，而这些工具是否也反过来塑造了人类呢？举例来说，拥有了工具之后，人类能更加便利地获取和处理食物，这也许导致了我们拥有较不发达的下颌。从石器工具到数码设备，我们的远祖和现代人类所制造的工具（以及人类如何制造工具），可能已经修筑了人类的进化之路。科学家认为，人类工具的复杂性、设计和制造它们所需要的复杂思考，以及我们使用它们的频率，将现代人类和我们最亲密的亲戚区分开来。

遗憾的是，关于早期人类的考古证据主要是由骨骼化石和石器组成，科学家很难从中了解到远古的人类是如何思考和学习的。我们的祖先最初是出于什么样的想法开始制作工具的？又是什么促使人类制造出越来越复杂的工具的？这些问题一直没有答案。一些考古学家并没有完全依赖化石记录，而是另辟蹊径，希望通过研究现代人类的大脑，找到一种全新的方式来了解远古人类的思考方式。

从石器看人类演化

对于训练有素的考古学家来说，石器是一个独特的窗口，可以让他们一窥早已消失的原始人类的想法。石器的制造过程显示了制造者的思考能力和控制能力。

最早的可辨认的石器出现在330万年前，它们不过是一堆因撞击而破碎的石块。破碎的石块具有尖锐的“锋刃”，因此成为最原始的切割工具。制造这种工具不需要什么思考过程，现在的黑猩猩也会使用类似的方法制作简单工具。

大约在250万年前，早期人类开始改进石器加工技术。这一时期的代表性石器是奥杜威石器。20世纪30年代到50年代，考古学家在坦桑尼亚的奥杜威峡谷发现了早期人类化石和大量石器。这些石器比较粗糙，在缺乏石器知识的普通人看来，它们似乎并不像是经过加工的工具。但对于考古学家来说，奥杜威石器意义非凡。奥杜威石器的制造者有意识地用石锤敲打大块岩石，剥出锋利的石片，这是一个很大的进步。

石器制造技术在大约170万年前开始发生变化，早期的古人类开始制作清晰可辨的手斧。相比小片结构的奥杜威石器，这种手斧尺寸更大，并具有锋利的“刃口”和圆润的“手柄”。从非洲到欧洲和亚洲，多处古人类遗址中都发现了这类石器，它们有的精致有的粗糙，但显然都是经过了有意雕琢的工具。

这种经有意雕琢过的工具最早被19世纪的考古学家在法国圣阿舍利村发现，因此这类石器被统称为“阿舍利手斧”或“阿舍利石器”。这些工具有一定的复杂性，其制造者必须考虑石器的整体形状，并事先想好多個加工步骤。阿舍利时期的“石匠”会精心挑选特定类型的石头，有时为了寻找最好的原材料，他们会从很远的地方搬来大块的石头，然后用它们来制造大小合适的工具。

这种计划、学习和控制能力可能需要更聪明的大脑。化石证据显示，在阿舍利时期，早期人类的大脑体积增加了一倍，并且拥有了更多类似现代智人的特征。在大约170万年前到10万年前，我们的祖先在160万年中一直在使用阿舍利手斧。很多重要的事件都在这一时期发生：石器工具发生了变化，人类体型和大脑的大小也发生了变化；在这一时期，人类的祖先离开了非洲去探索大陆的其他部分。因此，一些学者认为这是人类进化中最重要的时期，在这一时期，早期人类的身体结构、行为和认知都开始有了比较明显的“人”的特征。

工具制造重塑大脑

阿舍利时期人类的变化引发了一场长时间的争论：在我们的进化过程中，工具制造到底起到了什么样的作用？工具制造是早期人类最早掌握的重要技能之一，这一能力可能与语言、社交、思考能力和其他能力互相影响，共同发展。有专家认为，那些既能学习又能交流的工具制造者在自然选择中占据优势。因为一个原始人如果既能够快速学习制作有用的工具，又能把这项技术教给他的后代，那么它的后代将有更高的生存概率，这也意味着他有更多的机会将自己的基因传递下去。因此，一些人类学家认为，石器和语言在人类进化过程中共同发展，并推进了人类的进化。

在过去的20年里，考古学家们试图利用神经科学研究来验证自己的推测。20世纪80年代，科学家首次实现用仪器实时观察人类大脑活动。不久后就有人类学家就提出，这项技术可以用于人类学研究。但直到2000年，美国人类学家斯托特才第一次利用大脑扫描技术完成了与石器制造相关的人类学研究。

那么，到底是什么原因使得研究进度如此缓慢呢？首先，大脑扫描技术具有局限性。最强大和常见的脑部扫描技术是功能性核磁共振（fMRI）。核磁共振仪是一种大型精密设备，受试者在扫描过程中必须保持静止不动，研究人员只能检测受试者观看图像或视频时的脑部活动。

其次，对现代人而言，石器制造并非基本生活技能。但斯托特想要捕捉与“制作工具”相关的大脑活动，而不是“学习制作工具”的大脑活动。因此，在志愿者们躺进核磁共振仪之前，他们必须先学会制作石器。石器时代的工具虽然看上去简单粗糙，但制作起来并不容易。在斯托特的研究中，志愿者们平均要经过167个小时的练习来才能做出合格的阿舍利手斧。如今，斯托特办公室外还遗留着超过一吨重的碎石，这是志愿者们辛勤劳动的见证。斯托特认为，制作石器的难度可以与演奏乐器相提并论。

等到一群志愿者都学会了石器制造之后，核磁共振仪终于派上了用场。研究人员让志愿者躺在核磁共振仪观看一段别人制作石器的视频，并对他们的大脑进行了扫描。通过这种迂回的方式，科学家发现了与石器制造相关的大脑区域。例如，志愿者在观看视频时，大脑右额下回变得非常活跃，这一区域与冲动控制和多重任务处理有关。

研究还发现，工具制造能在一定程度上“重塑”大脑。脑部扫描显示，一个人练习制作石器的次数越多，大脑相关区域的脑物质就越多。在最近一项研究中，科学家对现代人类和黑猩猩的大脑进行比较后发现，人脑中连接右额下回和大脑其他部分的回路比黑猩猩大脑发达得多。斯托特认为，这两个实验结果有力地证明了，工具制造对现代人类的大脑塑造起到了不可忽视的作用。

语言与石器制造

那么，在工具对大脑发展产生影响的过程中，是否有其他因素参与其中呢？和工具制造一样，语言也是人类一个非常关键的特征，一些人类学家认为语言可能也是人类进化的关键因素。但关于早期人类是否会使用语言，学术界一直存在争议。因此，有科学家想到，如果能证明语言和工具制造会对大脑同样的区域产生影响，那他们就有理由推测，语言在人类进化早期就出现了，它也许对人类进化起到了重要作用，并可能是导致我们区别于其他灵长类“亲戚”的关键因素。

过去的几年中，人类学家谢尔比·普特一直致力于研究工具制造和語言是否与相同的大脑区域有关。在最近一项研究中，她使用了一种名为“功能性近红外光谱（fNIRS）”的大脑扫描技术。这种技术不像核磁共振一样需要研究对象一动不动地躺在仪器内，受试者可以头戴传感器“帽子”，随身佩戴着便携式扫描仪进行活动。该技术的工作原理是：仪器发射出特定波长的红外线（易穿透皮肤和骨骼），然后测定大脑不同区域对红外线的吸收。脑血管中血液的含氧量高低决定了其光吸收率，而血液会把更多的氧输送给“努力工作”的脑细胞，造成局部血氧含量的变化。因此，不同大脑区域的光吸收率可以反映其活跃程度。通过fNIRS技术，科学家能对活跃的大脑区域进行实时监测和精准定位。

在实验中，普特让两组志愿者通过观看视频来学习制作阿舍利手斧。第一组志愿者一边听着讲解一边看视频；第二组人观看的是同样的视频，但没有讲解的声音。起初，有研究人员对这一实验设计感到难以理解，认为第二组志愿者不可能只通过无声的视频学会制作一件自己从来没见过的工具。

出人意料的是，两组志愿者最终都学会了制造手斧的基本方法。等他们学会制造方法之后，研究人员就让他们佩戴上fNIRS装置进行石器制作。普特期望的实验结果是，两组人大脑的语言区都被激活，这就能表明工具制造和语言是相关的。

然而实验结果令普特有些失望。两组志愿者的大脑扫描结果显示，那些在观看视频时听到了声音的人，大脑语言区如预料中一样呈活跃状态；但观看无声视频的志愿者，他们的大脑语言区却非常“安静”。两组人的相同之处在于，大脑负责“工作记忆”和声音、图像处理的区域都很活跃，这表明他们在努力回想视频的内容。

这个实验证明，人类可以在没有语言的情况下制造出手斧，这与普特此前的观点相悖。而另一方面，该实验结果表明，在没有语言的情境中，大脑能够依靠工作记忆和运动控制能力来制造工具，而此时活跃的大脑区域和人们演奏音乐时活跃的区域基本一致。

这是一个令人兴奋的结果。现代人类的实验可能永远无法显示我们遥远的祖先到底是如何思考的。但是，在考古学家和神经科学家的共同努力下，我们能通过这些研究，更好地理解到底是什么使我们成为人类，而随着神经成像技术的快速发展，科学家会越来越接近遥远的真相。