早在人类的牙齿进化到能够咀嚼坚韧的纤维植物之前，早期人类就已经开始挖掘并食用草类、莎草和含淀粉的地下食物了。
一项新的化石牙齿同位素研究表明，这种行为始于较长的臼齿出现前的70万年左右——这表明，是行为上的创新而非解剖学推动了这一变化。
磨粉机前的谷物：品味先于进化
当早期人类从非洲茂密的森林迁移到开阔的草原时，他们开始依赖快速可靠的能源。栖息地的这一转变让他们开始偏爱草本植物，尤其是谷物和储存在地下的淀粉质组织。
达特茅斯大学（Dartmouth）研究人员领导的一项新研究表明，在拥有最适合咀嚼这些富含碳水化合物的食物的牙齿结构之前，人类祖先很早就开始食用这些食物了。该研究提供了科学家所称的“行为驱动力”的首个化石证据，即促进生存的行为先于使这些行为更容易实现的生理特征出现。研究团队在《科学》杂志上发表了他们的发现。
先于生物学的行为：一个化石线索
研究人员检查了古人类牙齿化石中的碳同位素和氧同位素，这些同位素是由食用包括草类和莎草类植物在内的禾本类植物遗留下来的。他们的分析表明，远古人类开始食用这些植物的时间，远远早于他们的牙齿进化到能够有效咀嚼这些植物的时间。
又经过了70万年，进化出了适合咀嚼坚韧植物纤维的、与现代人类似的较长臼齿。
饮食跃进，进化滞后
达特茅斯博士后研究员、本研究的主要作者、瓜里尼25届毕业生卢克·范宁表示，研究结果表明，早期人类的成功源于他们尽管身体条件有限，但具备适应新环境的能力。
法宁说：“我们可以肯定地说，在行为方面，古人类是相当灵活的，这是他们的优势。作为人类学家，我们认为行为和形态变化是同步进化的。但我们发现，行为本身可能就是一种进化力量，对古人类的形态和饮食轨迹有着重大影响。”
超越形态的化学：解读古代饮食
该研究的主要作者、查尔斯·汉森人类学教授内森尼尔·多米尼表示，同位素分析克服了确定导致新行为出现因素的长期挑战——行为不会变成化石。
多米尼（Dominy）说：“人类学家通常会根据形态特征来判断行为，但这些特征要出现在化石记录中可能需要很长时间——五十万年甚至更久。”
“但这些化学特征是不依赖于形态的食草行为的明确遗迹。它们表明，这种新奇的进食行为与需要更长的臼齿牙齿来应对咀嚼和消化坚韧植物组织的物理挑战之间，存在着显著的滞后现象，”他说。
猴见猴嚼：共同的饮食转变
研究团队分析了各种人科动物物种的牙齿，从远古人类亲戚南方古猿阿法种开始，以追踪数千年来草本植物不同部位消费情况的发展变化。为了进行比较，他们还分析了与南方古猿阿法种生活在大约同一时期的两种已灭绝灵长类动物的牙齿化石——一种体型巨大的类似陆生狒狒的猴类，被称为地猿；还有一种以树叶为食的小型猴类，被称为疣猴。
研究人员报告称，大约 340 万至 480 万年前，这三种物种都放弃了水果、花朵和昆虫，转而食用草和莎草。尽管它们的牙齿和消化系统并不适合食用这些坚硬的植物。
古代同位素中的“水”之谜
研究发现，直到230万年前，人类祖先与这两种灵长类动物的植物性食物食谱还很相似，但此后人类祖先的牙齿中碳和氧的同位素组成突然发生了改变。同位素比值骤降表明，当时的人类祖先——鲁道夫人减少了草类食物的摄取，饮用了更多含氧量较低的水。
研究人员给出了三种可能的原因来解释这种激增现象，其中包括这些原始人类喝的水比其他灵长类动物和草原动物多得多，或者他们突然过上了像河马一样的生活方式，即整天泡在水里，晚上出来觅食。
他们报告称，与早期人类行为已知情况最为吻合的解释是，后来的人类祖先经常获取被称为块茎、鳞茎和球茎的地下植物器官。在这些膨大的附属物中也发现了缺氧的水，许多禾草类植物用这些附属物来安全地储存大量碳水化合物，使其远离食草动物。
力挺碳水化合物：大脑食物革命
法宁说，从草类转向这些高能量的植物组织，对于种群数量和体型都在增长的物种而言，是有道理的。这些地下储藏物数量众多，比狩猎的风险小，为早期人类不断扩大的大脑提供了更多的营养。由于已经采用了石器工具，古人在挖掘块茎、鳞茎和球茎时面临的来自其他动物的竞争很小。
法宁说：“我们认为，这种转向食用地下食物的行为，是人类进化中的一个关键时刻。它产生了大量常年存在的碳水化合物——我们的祖先可以在一年中的任何时候获取它们，用来养活自己和其他人。”
牙齿缩小，适应性增强
研究人员报告称，对人科动物牙齿的测量结果显示，虽然它们的牙齿持续变小——大约每 1000 年缩小 5%——但臼齿却变得更长了。在人科动物的大部分历史中，其饮食向草本植物的转变速度超过了身体变化的速度。
但研究发现，大约200万年前，这一比例发生了逆转，出现了能人和直立人，他们的牙齿在形状和大小上发生了突变，更适合咀嚼熟食，如烤块茎。
草：人类的秘密武器
多年生草本植物遍布众多生态系统。多米尼表示，无论这些植物身在何处，随着古人类牙齿咀嚼能力的提升，他们都能够最大限度地从这些植物中获取营养。
多米尼（Dominy）说：“人类学中的一个迫切问题是，古人类与其他灵长类动物的不同之处究竟在哪里？这项研究表明，开发利用草类组织的能力可能是我们的独门秘诀。”
“即便到了现在，我们的全球经济仍然依赖于少数几种草类——水稻、小麦、玉米和大麦，”他说，“我们的祖先做出了一些完全出乎意料的事情，彻底改变了地球上物种历史的走向。”
参考文献：卢克·D·范宁、查拉彻夫·M·塞尤姆、维维克·V·文卡特拉曼、贾斯汀·D·耶克尔、克莉丝汀·M·贾尼斯、图雷·E·瑟林与纳撒尼尔·J·多米尼所著《行为驱动人类进化中的形态变化》，发表于2025年7月31日《科学》杂志。DOI：10.1126/science.ado2359
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