知乎日報:為什麼剛出生的小寶寶這麼脆弱?

  人類嬰兒非常無助,主要是因為大腦發育不完全。

  不同年齡人類大腦的核磁共振成像圖。來源:humanjourney.us

  新生兒無助本身並非人類獨一無二的特徵:包括貓、狗、鼠在內的其他哺乳動物,以及啄木鳥、貓頭鷹、布穀鳥和大部分雀鳥等鳥類,其新生兒都在不同程度上需要一定時長的照料 [1]。

  哺乳動物中,新生兒需要照料的其大腦在出生時都相對較小 [2]。

  需要(空心)和不需要(實心)父母照顧的哺乳動物新生兒腦重量與成年體重的關係。來源:Pagel & Harvey, 1990.

  當然,我們仍可以問:為什麼會這樣呢?

  (答主真心話:“為什麼”的問題主要靠猜……)

  針對人類初生兒的大腦為什麼這麼小,主要有兩種假説。

  一個比較出名的是直立行走假説:因為直立行走限制了骨盆的大小,只能先生一個小腦袋的寶寶,在等他們的腦袋長大。這個假説聽起來合理,但缺乏數據的支持。Dunsworth 等人考察了不同骨盆大小是否對行走 / 奔跑能力有影響(例如,寬骨盆是否造成更高的能量消耗),得到的結論是不支持骨盆大小與行走能力的關聯 [3]。

  另一個假説則考慮孕期能量消耗:胎兒長得越大就越消耗母體能量;當胎兒耗能過大時就會被生出來 [3]。

  母親(灰色線)與胎兒(嬰兒)的能量消耗(黑色線)。來源:Dunsworth et al., 2012.

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  值得一提的是,通常所説的大腦耗能占身體的 20%是指成人;嬰幼兒的大腦耗能可佔每日所需能量的 30~40%。

  男(左)女(右)大腦耗能佔全身耗能比例隨年齡變化。實線為靜息能耗,虛線為每日能耗。來源:Kuzawa et al., 2014.

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  答主!你還沒説到底哪一種假説是對的!

  實話實説,我們不知道。直立行走 - 骨盆大小限制是一個非常有吸引力的假説。但看看耗能曲線,母親耗能達到極限也是一個有道理的假説。那麼如何分辨哪一種是對的?

  理論的用處在於預測。當預測失效時我們就知道理論需要修改了。

  如果直立行走帶來的骨盆不能太大是限制嬰兒頭顱大小的決定性因素,那麼我們可以推測骨盆大到不能再大的程度,再大就會影響直立行走了。

  這是 Dunsworth et al., 2012 的圖二。作者測量了健康成年人骨盆大小與力臂(與行走時需要的肌肉力量正相關)的關係,發現沒有證據支持骨盆越寬越不適合行走(費力)的預測。而孕期能量消耗假説預測當懷孕的媽媽無法為生長中的寶寶提供能多能量時就會生產,這得到了上文數據的支持。

  這個看起來很不靠譜啊,憑什麼測了十幾個人的骨盆,就推翻教了 50 年的直立行走假説?

  直立行走假説的説服力有兩個:思路非常新奇,並且給直立行走這一人類特徵一個十分特殊的位置。但是我們必須小心避免讓符合直覺代替小心求證。我也覺得單從這一次實驗不能決定性地排除直立行走假説,但是直立行走假説的直接證據——由此假説能夠做出的已被驗證的預測——非常少。

  從另一個角度來説,我懷疑能量消耗假説更接近真相:它對孕期的解釋適合所有哺乳動物,而不僅是人類。畢竟有非常多動物出生時大腦都沒有發育完全,它們可沒有直立行走呀。

  用作者的話説

  我們把這一假説命名為蛋 (EGG, energetics, growth, gestation 能量,生長,生產), 並不是因為我們都姓土方。我們起初想叫它火腿 (HAM, humans are mammals 人類是哺乳動物) 但是不好意思那麼直白(此處谷歌翻譯的可能不太準)。

  We named the hypothesis for ease of communication, not because we're eggomaniacs. We were tempted to call it HAM (humans are mammals) but felt that EGG better described the idea and was also adorable considering how babies are made.

  [1] Altricial - Wikipedia

  [2] Pagel, M. D., & Harvey, P. H. (1990). Diversity in the Brain Sizes of Newborn Mammals. BioScience, 40(2), 116–122.

  [3] Dunsworth, H. M., Warrener, a. G., Deacon, T., Ellison, P. T., & Pontzer, H. (2012). Metabolic hypothesis for human altriciality. Proceedings of the National Academy of Sciences, 109(38), 15212–15216.

  [4] Kuzawa, C. W., Chugani, H. T., Grossman, L. I., Lipovich, L., Muzik, O., Hof, P. R., … Lange, N. (2014). Metabolic costs and evolutionary implications of human brain development. Proceedings of the National Academy of Sciences, 111(36), 13010–13015.

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