通过对比化石四肢骨骼的强度，由南加州大学凯克医学院领导的研究团队发现了关于早期人类祖先如何运动的新证据。
对于生活在约200万至400万年前的早期人类祖先——南方古猿（Australopithecus）而言，直立行走并不一定意味着完全告别树木。一项对化石四肢骨骼的新分析表明，这些祖先在树上花费了大量时间，同时其腿部使用方式已与人类相似。这一发现有助于解答一个关于双足行走（bipedalism）的问题——这是人类区别于其他猿类的一个决定性特征。我们的祖先何时从既在树上活动又在地面行走，转变为几乎完全在地面生活？
由南加州大学凯克医学院领导的国际团队利用来自南方古猿及其后代早期人属（Homo）的7个个体化石，研究了这一转变。这些化石的年代约在150万至370万年前。该研究发表于《Science Advances》，指出这两个类群过渡时期发生了运动方式的重大变化。
骨骼能够揭示个体生活的一些信息，因为它们会适应所承受的力。经常在树上活动的动物往往拥有相对强壮的手臂骨骼，而在地面直立行走的人类则往往拥有更强壮的大腿骨。比较这些强度可以提供个体如何使用四肢的证据，补充了关于历经多代演化出的骨骼特征的研究。
为了检验这些证据，研究人员使用了计算机断层扫描（CT）。这些扫描利用X射线生成骨骼及其内部结构的详细图像。团队测量了骨干的厚度和结构，估计了它们抵抗弯曲和扭转的能力，并比较了每个个体的上臂、大腿和小腿骨骼。
早期人属已呈现现代人类般的下肢优势
生活在约180万至230万年前的早期人属个体表现出类似现代人类的模式。他们的股骨相对于手臂骨骼更强壮，表明更依赖在地面行走。结果支持了这样一个观点：到大约200万年前，已经发生了实质性的行为转变。
“我们提出，相对肢体强度是一种‘阈值特征’——这一差异标志着南方古猿和Homo之间重要且根本的行为转变，”该研究的第一作者、凯克医学院临床医学教育教授Kristian J. Carlson博士说。
南方古猿的骨骼则显示出不同的组合。他们的手臂相对于大腿更强壮，很像现代猿类。然而在腿部内部，大腿和小腿强度之间的关系却遵循更接近人类的模式。综合这些比较表明，上肢对于在树上活动仍然重要，而下肢则支持直立行走。
“南方古猿结合了猿类般的上肢强度和人类般的腿部模式，表明他们有一种独特的运动策略，在现代没有可比对象，”Carlson说。
这种组合直接关系到关于南方古猿在每种环境中花费多少时间的长期分歧。一些研究人员认为，这些祖先主要在地面直立行走。根据Carlson的说法，新证据反而表明，在树上活动仍然是他们生活的重要组成部分。
肢体使用转变与脑容量激增在时间上重合
肢体使用的转变也大致与脑容量开始急剧增加的时期重合。科学家们提出了涉及语言、工具使用以及人类祖先寻找食物方式变化的解释。Carlson及其同事提出，在地面上行走更长的距离可能有助于将肢体强度的变化与脑容量联系起来。
“我们推测，向更多行走的转变可能对身体和大脑提出了新的需求，这可能有助于解释为什么这些变化大约同时发生，”Carlson说。
研究方法与演化意义
该研究通过CT扫描量化了骨骼抵抗弯曲和扭转的能力，这种方法能够反映个体一生中骨骼所承受的机械负荷。与仅研究历经多代演化的骨骼形态特征不同，骨骼强度分析提供了关于个体实际行为的直接证据。研究团队比较了每个个体的上臂、大腿和小腿骨骼的相对强度，从而推断其运动模式。这种“相对肢体强度”框架为理解人类演化中双足行走的出现提供了新的视角。
研究结果支持了一个观点：南方古猿的运动策略是独特的，既不同于现代猿类，也不同于现代人类。他们可能在地面直立行走的同时，仍然频繁使用树木作为躲避捕食者、觅食或休息的场所。这种“半树栖半直立”的生活方式可能一直持续到早期人属出现，后者才真正转向以地面生活为主。这一转变不仅影响了肢体骨骼的力学适应，还可能为大脑的快速扩张提供了选择压力，因为更长的地面行走距离需要更复杂的导航、觅食和社会行为。
DOI: 10.1126/sciadv.aeh1752