科幻世界（2019年10月）

執(zhí)子之手，與你聊聊手的故事

文/張雨晨

編輯導(dǎo)語：

往期“科學(xué)”欄目里，我們多數(shù)時間把目光聚焦在前沿尖端的科學(xué)研究上，不過在我們看似庸常的生活里，也隱藏著一些我們不夠了解的奧秘。本期小編將與大家一起暫別星辰大海，回歸基礎(chǔ)學(xué)科，說說人類身體器官的那些趣事。

手，是我們最熟悉的、最常用的身體結(jié)構(gòu)之一。通過雙手制造工具、使用工具的能力也被認(rèn)為是推動人類演化的一大關(guān)鍵因素。那么，我們的這雙手到底有什么特殊之處？漫長的自然演化中究竟出現(xiàn)過哪些不同的手？為什么前肢同樣也解放出來的恐龍沒能發(fā)展出智慧？今天，就讓我們來認(rèn)識一下這對熟悉又陌生的老朋友。

一、伸手不凡

我們看似平凡的手，其實(shí)是一個非常精妙復(fù)雜的功能系統(tǒng)，堪稱自然演化的精美作品。8塊腕骨、5塊掌骨以及14塊指骨（拇指只有兩節(jié)）共同組成了它的基本框架。其中，8塊被醫(yī)學(xué)界編為五言古體詩——“舟月三角豆，大小頭狀鉤”的腕骨，共同構(gòu)成了一個靈活的關(guān)節(jié)面，賦予了雙手靈活轉(zhuǎn)動的自由。而寬大的手掌與靈活的五指，則源自哺乳動物遠(yuǎn)祖的經(jīng)典手型。

至于連在手上的肌肉，也可以根據(jù)所處的位置分為兩類。其中一部分起點(diǎn)及主體都位于小臂的肌肉，其末端的韌帶經(jīng)過腕部、連接在手骨上。若你將手從書上移開片刻、活動一下手腕，是不是會發(fā)現(xiàn)小臂上的肌肉都在彼此配合著收縮舒張呢？除此之外，還有一些分布在手掌內(nèi)部的小肌肉，它們通過牽引繩一般的韌帶，去拽動手指上一層一層的小關(guān)節(jié)，參與手部的靈活運(yùn)動。因此，對于包括人類在內(nèi)的大部分脊椎動物來說，我們的手指本身幾乎都是沒有肌肉的——倘若你回想一下啃雞爪、鴨掌或者豬蹄的美好記憶，就會發(fā)現(xiàn)這些美味之中似乎都沒有多少貨真價實(shí)的肉。

不過，人類的雙手也為了這種靈活而付出了結(jié)構(gòu)復(fù)雜脆弱的代價。與很多夸張修辭迥然相反的現(xiàn)實(shí)是，人類的雙手并非適合戰(zhàn)斗的“鐵拳”，一言不合后揮拳相向?qū)е碌闹腹枪钦墼谑澜绺鞯氐募痹\室中都屢見不鮮。即便是經(jīng)過專業(yè)訓(xùn)練打熬筋骨的格斗運(yùn)動員，在正規(guī)比賽中依然要戴上有護(hù)指的搏擊拳套。而到了一劍封喉的持械決斗中，作為離敵人最近并且直接操縱武器的身體部位，手更成了各路劍法“重點(diǎn)關(guān)照”的目標(biāo)。我國的古劍術(shù)中，就有不少故意等對方出手后再精確截?fù)舫中凳值恼惺剑瑥亩蟀l(fā)制人、以攻止攻。至于歐洲的劍士們，則在手中的利刃上加裝了大型的十字甚至盤花護(hù)手，不但一舉廢掉了大部分“剁手”劍招，同時還衍生出了多種利用護(hù)手封鎖對方劍路并同時發(fā)動防守反擊的“大師之擊”。

在掌管運(yùn)動的骨骼、肌肉和韌帶之外，手的最外部還有皮膚包裹。在這層柔韌的皮囊下，各式各樣的觸覺感受器以驚人的規(guī)模組成了堪比古代軍陣的密集陣列。為了處理如此之多的輸入信息，我們大腦的觸覺皮層中專門為此劃出了面積頗為可觀的投射區(qū)域。

為了將難以描述的觸覺進(jìn)行量化，科學(xué)家們玩起了一個“兩點(diǎn)辨別”的把戲。他們用鑷子的兩個尖端同時觸碰受試者的皮膚，通過記錄鑷子尖端之間的距離以及受試者僅憑觸覺獲得的體驗(yàn)，來測定各處皮膚的“分辨率”。也就是說，當(dāng)鑷子尖端小于一定距離時，實(shí)際上只激活了皮膚下單獨(dú)一個觸覺感受器，大腦如果僅靠觸覺來判斷，自然也會產(chǎn)生“一個點(diǎn)”的錯覺。只有當(dāng)刺激距離大于這個最小分辨率時，鑷子的兩頭才會分別落在不同感受器的感受野內(nèi)。如此一來，就能讓大腦產(chǎn)生準(zhǔn)確的觸覺判斷。

而我們手上密集排布的感受器以及大腦中對應(yīng)的投射皮層，則共同為我們帶來了“極致超清”的觸覺體驗(yàn)。即便是不幸失明的盲人，也能利用演化賦予我們的指尖精細(xì)觸覺，通過觸摸來閱讀布萊葉盲文，繼續(xù)通過文字享受知識與情感帶來的光明。

有輸入就有輸出。與龐大的輸入相對應(yīng)的，大腦中負(fù)責(zé)輸出手部運(yùn)動信號的皮層也大得不成比例。如此一來，我們的手就可以在敏銳的觸覺反饋下，進(jìn)行很多非常精細(xì)的操作。當(dāng)我們提筆寫字的時候，指尖的感受器就會把紙筆的觸感傳遞到大腦，并以此來調(diào)節(jié)手指的力量和角度。這樣，我們才能流暢地寫寫畫畫，而不會力氣太大戳破紙面。實(shí)際上，我們與靈長類親戚的雙手，在解剖結(jié)構(gòu)上的差異并沒多么顯著。人類大腦強(qiáng)大的“后臺運(yùn)算支持”，才是我們雙手功能碾壓一眾“齊天大圣”的根本原因。

時至今日，從提筆寫字、敲打鍵盤到劃動觸屏，我們的生活已經(jīng)完全離不開雙手精細(xì)的觸覺與運(yùn)動功能。從上百萬年前東非峽谷中的阿舍利石斧到如今的智能手機(jī)，人類手中的工具經(jīng)歷了翻天覆地的劇變，但創(chuàng)造它們、使用它們的雙手，卻一直維持著大體相同的結(jié)構(gòu)。

二、白手起家

那么，第一只手是什么時候出現(xiàn)的呢？

對于人類以外的動物來說，“手”并不能算是個嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)術(shù)語。但如果將其從廣義上理解為“有運(yùn)動以外功能的前肢”，那么手的歷史將會久遠(yuǎn)得令人驚訝。

早在原生動物時代，變形蟲的偽足就已經(jīng)有了捕捉包裹獵物的能力。這些微型“百變怪”可以將細(xì)胞表面的一部分凸起，并不斷地將細(xì)胞質(zhì)填充進(jìn)去，從而擴(kuò)張偽足的范圍，甚至還可以通過這種“拆東墻補(bǔ)西墻”的方式，讓細(xì)胞整體完成水銀瀉地一般的流暢移動。

作為原始單細(xì)胞生命的后裔，我們這些多細(xì)胞生物依然繼承了先祖?zhèn)冏冃我苿拥哪芰?。?dāng)然，指望一個細(xì)胞分工嚴(yán)格、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大活人突然“還原”成一攤混沌無形的“修格斯”自然不太可能。不過在我們體內(nèi)，確實(shí)還有一些“到處伸手”的細(xì)胞，比如中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞，以及擔(dān)任腦細(xì)胞“皇家禁衛(wèi)”的小膠質(zhì)細(xì)胞。這些不需要固守“工位”的免疫細(xì)胞可以在防區(qū)內(nèi)游走巡獵，用偽足吞噬任何闖入的不速之客，保護(hù)機(jī)體的健康。

當(dāng)然，在多細(xì)胞時代，最早出現(xiàn)的宏觀大型附肢，當(dāng)屬珊瑚和水母等刺細(xì)胞動物們輻射分布在腔腸開口外的捕食觸手。這些看似柔弱無力的“纖纖玉手”，往往密布著帶有劇毒倒鉤的刺細(xì)胞，殺傷力遠(yuǎn)比看起來要強(qiáng)大。到了節(jié)肢動物統(tǒng)治海洋的寒武紀(jì)，這些海中新貴們已經(jīng)將附肢分化出了用于游泳、爬行、捕食等功能的專用形態(tài)。而在其中扮演著“手”這一功能的捕捉足中，又大體出現(xiàn)了三大“門派”。

其中一類走力量路線的捕捉足，成了螃蟹、鰲蝦和蝎子等諸多兇悍獵食者行走江湖的大鉗子。這種由附肢最末一節(jié)和倒數(shù)第二節(jié)突出部組合而成的“家伙”，可以通過在內(nèi)部粗暴堆砌大塊的強(qiáng)壯肌肉來獲得驚人的力量，一些大型鰲龍蝦的巨鉗甚至可以將潛水者的手指生生夾斷。當(dāng)然，這些塞滿鮮甜肌肉的武器，對于人類來說同樣也是令人垂涎的美味佳肴。

至于偏好速度與敏捷的節(jié)肢獵手，則形成了彈簧刀一般的折疊式捕捉足。不管是螳螂、蝎蝽、螳蛉甚至俗名“皮皮蝦”的螳螂蝦，所有因趨同演化而獨(dú)立發(fā)展出類似武器的獵人，都不約而同地成了精通偽裝潛伏與爆發(fā)突襲的“刺客”。其中將速度練到登峰造極的雀尾螳螂蝦，更是進(jìn)入了“重劍無鋒”的境界。它們的捕捉足特化為一對高速擊錘，全力一擊的加速度堪比手槍子彈，足以直接將獵物的堅(jiān)硬外殼甚至水族箱敲碎。

而在力量和速度之外的最后一大類捕捉足，就是蜘蛛和蜈蚣等“毒蟲”的鰲肢。這種往往被誤稱為“毒牙”的特化前肢，已經(jīng)演化為一對兼具破甲錐與注射器功能的處決刑具，可將致命的毒液注入獵物體內(nèi)，使其在痛苦中被活活消化成一攤濃湯。同時，蜘蛛等節(jié)肢動物在鰲肢和步行足之間，往往還保留了一對觸肢。這對“小短手”不但可以用于輔助抓取獵物，還會在求偶等活動中發(fā)揮作用。

另外，作為無脊椎動物中感官與智力最為發(fā)達(dá)的頭足類，自然也顧名思義地在頭部環(huán)繞著口器長出了數(shù)目不等的腕足。因?yàn)閮?nèi)部沒有骨骼的約束，這些靈活的腕足，甚至可以讓自詡巧手的人類甘拜下風(fēng)。不過對于人類來說，這同樣也是鮮美可口的蛋白質(zhì)來源。

等到了脊椎動物爬上陸地后，因?yàn)橹w數(shù)量的限制，以合弓綱（舊稱似哺乳爬行動物）為代表的早期羊膜動物都沒有了“騰雙手出來”的余裕，只能將有且僅有的兩對附肢都投入到“腳踏實(shí)地”的運(yùn)動任務(wù)中來。

直到三疊紀(jì)晚期，隨著主龍類羊膜動物的演化，其中一些類群成功地實(shí)現(xiàn)了生命史上的首次雙足平衡行走，成了第一波擁有了“雙手”的脊椎動物。在這之后統(tǒng)治地球一億多年的恐龍，就是這些主龍中發(fā)展得最好的一群。不過，我們的哺乳動物家族卻遲遲沒有出現(xiàn)雙足行走的成員。哪怕是從恐龍手中接收了百廢待興的新生代地球后而出現(xiàn)空前適應(yīng)輻射的哺乳動物，縱然前肢有著伸縮利爪、蹄子、翼手和鰭腳等多種特化形態(tài)，卻一直缺少一對完全從運(yùn)動功能中解放出來的自由雙手。

改變這一切的事件，發(fā)生在第四紀(jì)的非洲大陸上。

三、心靈手巧

南方古猿是人類演化歷史上至關(guān)重要的一環(huán)。

在祖先與黑猩猩分道揚(yáng)鑣之后，南方古猿的智力水平并未出現(xiàn)飛躍性地提升，其腦容量和現(xiàn)在的大猿們比起來也沒高出多少。不過，人類智慧演化的這一次推進(jìn)本就和大腦無關(guān)，而是因?yàn)檐|干與四肢的變化。

從目前的出土化石看，南方古猿已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了雙足直立行走，雙腳已經(jīng)不再像其他靈長類那樣蜷曲對握，而是有著類似我們現(xiàn)代智人的平坦腳板與短粗腳趾。此外，南方古猿的脊柱與骨盆也呈現(xiàn)出了逐步適應(yīng)直立行走的演化趨勢?？梢哉f，如果我們“魂穿”回兩百萬年前的非洲大陸，“入住”南方古猿身體，其實(shí)從結(jié)構(gòu)本身而言已經(jīng)足以勝任我們絕大部分的要求了。

可以說，正是雙足行走這一演化特征賦予了南方古猿利用雙手制造工具并接受自然正向選擇的機(jī)會。只有雙手完全解放之后，制造并攜帶工具才有了明顯的生存優(yōu)勢。而這種優(yōu)勢，又反過來篩選著種群內(nèi)雙手最靈巧、腦子最聰明的個體。相比之下，不管在樹上還是地面上都必須四足并用的其他大猿，就一直因?yàn)闊o法便捷地?cái)y帶并使用工具而在智能演化的門檻上徘徊不前?！皠趧觿?chuàng)造了人”雖然說得過于籠統(tǒng)，但也多少觸及了人類演化的關(guān)鍵。

但正如我們之前所見，在演化之路上，有能力騰出雙手的物種并不少。若是說無脊椎動物因?yàn)樯窠?jīng)系統(tǒng)不夠發(fā)達(dá)而無緣高級智能，那為何同為脊椎動物的恐龍，也沒能在長達(dá)一億多年的統(tǒng)治歷史中借助現(xiàn)成的雙手發(fā)展出人類這般的智慧呢？

是因?yàn)榭铸埖哪X子太原始嗎？未必如此，作為其直系后裔的鳥類，就不乏渡鴉、喜鵲等精明狡猾的成員。甚至在非鳥恐龍依然統(tǒng)治大地的中生代，非常接近真正鳥類的傷齒龍一脈也演化出了相對較大的腦容量。但不管是傷齒龍還是烏鴉，卻都沒能在漫長的演化路程上爆發(fā)出人類這般驚人的智力演化。

這其中的原因，既有偶然，也有必然。

說它偶然，是因?yàn)橹橇Φ难莼瘍H僅是生命面對自然選擇的一次隨機(jī)試錯，我們的祖先只是機(jī)緣巧合才在當(dāng)年做出了如此的選擇。如果讓演化的故事重新來過，靈長類未必會走向高度智能，而另一些動物也將有機(jī)會選擇全新的演化方向。

必然的一面，則來源于恐龍繼承自鳥跖類主龍祖先的靈活頭頸。不同于只能靠七塊“祖?zhèn)鳌鳖i椎撐門面的哺乳類，恐龍與鳥類的頸椎數(shù)目并不固定。而獸腳類恐龍靈活有力的脖子以及發(fā)達(dá)的頭部，往往會讓解放出來的前肢陷入“無事可做”的窘境。從獨(dú)霸天下的霸王龍到比火雞大不了多少的單爪龍，獸腳類恐龍?jiān)诟鱾€“重量級”上都不乏前肢極端退化的成員。

至于馳龍、傷齒龍和竊蛋龍這些前肢相對發(fā)達(dá)的類群，它們的“手腕”雖然為了能讓“雙手”折疊貼合身體，而有著超越人類的驚人可動性，但“手指”卻并沒有進(jìn)一步向著靈活精細(xì)的方向演化。它們彎曲的利爪已經(jīng)很好地承擔(dān)了大部分生存所需的必要功能，不管是用來戰(zhàn)斗、抓取還是攀爬都已綽綽有余。對于這些身披華美羽衣的龍族來說，前肢的解放并沒有趕上大腦演化的時機(jī)，從此走上了一條完全不同的演化道路，最終成了御風(fēng)飛天的羽翼。

手和腦，只有在準(zhǔn)確配合的情況下，才能通過彼此的循環(huán)促進(jìn)，讓一個種群走向智能演化的道路，并逐步脫離自然選擇與生物演化的桎梏，轉(zhuǎn)而在抽象的認(rèn)知層面，展開一場全新的演化風(fēng)暴。

我們用雙手創(chuàng)造的一切，都是智能演化的空想具現(xiàn)。

四、只手擎天

人類用手創(chuàng)造了手。

作為人類雙手的延伸，機(jī)械手的出現(xiàn)，讓手的演化走完了一個螺旋上升的輪回——生物的演化已然走到了無力跟上科學(xué)發(fā)展的盡頭，而認(rèn)知的演化則經(jīng)由全新的人造載體創(chuàng)造著空前發(fā)達(dá)的現(xiàn)代文明。

在距離我們并不遙遠(yuǎn)的廠房里，無數(shù)的工業(yè)機(jī)械手每天都重復(fù)著成千上萬次精確無誤的操作，以人類技工望塵莫及的效率生產(chǎn)著供養(yǎng)現(xiàn)代社會的海量工業(yè)產(chǎn)品。在醫(yī)院的手術(shù)臺上，原本堪稱人類雙手功能極致挑戰(zhàn)的外科手術(shù)，如今也能假借醫(yī)療機(jī)器人的機(jī)械之手代勞；經(jīng)驗(yàn)豐富的外科醫(yī)生，甚至可以通過這些“機(jī)器替身”，為千里之外為患者進(jìn)行遠(yuǎn)程手術(shù)。而在我們頭頂?shù)奶哲壍郎希教炱髋c空間站裝備的大型機(jī)械手，正在太空的極端環(huán)境中對精密的航天設(shè)備進(jìn)行操縱與檢修。甚至在更加遙遠(yuǎn)的太空中，火星探測器的機(jī)械手也在代替人類完成了一次又一次的異星接觸。

手是推動智能演化的助力，也是實(shí)現(xiàn)夢幻與理想的橋梁。現(xiàn)在，就連我們的雙手本身，都已將演化的接力棒徹底交給了外觀迥異的各種機(jī)械手。也許到了未來的某一天，這些已經(jīng)高度發(fā)達(dá)的機(jī)械造物，將會帶著人類的意志，去觸摸遙遠(yuǎn)宇宙的璀璨深空，為人類點(diǎn)亮的文明之光開啟全新的演化篇章。

[責(zé)任編輯：艾珂]