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达尔文、华莱士和人类演化
作者简介：
王士元,香港理工大学讲座教授,台湾“中研院”院士.1973年在加州伯克利创办J o u r n a l o fChinese Linguistics,并任主编至今.曾获选国际中国语言学会(International Association of Chinese Linguistics)首任会长.他的著作曾以汉语、英语、法语、德语、意大利语及日语出版.他由衷服膺跨学科研究,曾与人类学家、计算机科学 家、遗传学家、数学家及心理学家合作发表影响深远的论文.他的研究兴趣是语言及大脑,以及这两者在人类演化史上及在人类日常生活中所扮演的关键角色.
华莱士之惑：
19世纪中叶,英国人类学家华莱士(W a l l a c e)在东南亚进行田野工作时,不幸感染疟疾,他发烧得很厉害,只能在床上养病.卧床期间他突然灵机一动,很兴奋的提笔给一位权威达尔文写了一封长信,他在信里叙述了自己突如其来的一个想法,请这位前辈给予一些点评,并希望他介绍一个会对此理论有兴趣的学报,让这个想法可以公诸于世.
可是达尔文收到这封信后却非常震惊,一时间觉得进退两难.这是因为他在这个理论上已经下了几十年的工夫,只是一直还没有公开出来.于是他立刻请教了几位很熟悉他的研究的师长朋友,请他们替自己出个主意.一方面,他当然不愿意演化论这个伟大的假设让别人抢先发表了,可是另一方面,华莱士既然给自己来信了,他当然也不能置之不理.后来,英国的一些资深学者就建议了一个比较公平的方案,在1858年林奈2学会(Linnean Society)的年会里,请达尔文和华莱士同日发表他们的研究.所以现在一般说达尔文和华莱士是演化论的共同发现者(co-discoverers).这一则既属巧合又彼此谦让的轶事,在生命科学史上是许多人都知道的一段佳话.
可是这方面还有一段很有趣的历史,知道的人比较少,那就是在人类大脑与语言的演化上,达尔文与华莱士的立场有着非常根本的差别.华莱士的看法是,人群与人群之间有着巨大的区别,有的群体住在大城市里,生活中不乏种种先进的科技与工具,而有些小群体却一辈子生活在沙漠或丛林里,只能靠狩猎采集为生.然而这些小群体的人,他们的大脑及语言仍远远超过基本的生活所需,因此他们的大脑和语言不可能是演化出来的,华莱士在他1869年的文章里是这么说的：
“同样的论证也适用于探讨人类语言的结构和心智器官上,因为语言的能力对最低等的野蛮人来说并无实质的功效；如果该能力没有用,那么发出语言必备的神经和肌肉的细致安排,就不可能是经由自然选择而发展协调出来的.这种观点可以由以下事实获得证实,即在词汇最不丰富的最低等的野蛮人身上,他们能够发出几种不同的声音、并将这些声音做千变万化的应用的能力,却完全不亚于高等的人种.因此早在那些人有此需要之前,某一种工具就已经预先被发展出来了.3”
当华莱士向达尔文表达这个看法时,达尔文非常激动的回了他一封信说：
“和你意见相左令我很遗憾,这真让我觉得可怕,也使我时常对自己不信任.我觉得我俩大概永远无法好好彼此理解了.”
达尔文当然非常不同意华莱士的看法,因为通过数十年刻苦的研究,他相信生物界里的一切,无论是好的还是坏的,都是演化的结果.
前年,哈佛大学出版社出了两本与这个课题相关的书,一本是M. Tomasello的A Natural History of Human Thinking,另一本是D. Bickerton的More than Nature Needs.Bickerton的书名就是说,竞争的演化能力有个上限,过了这个上限就是多余的,是大自然不需要的.而他书里第一章的标题正是：“华莱士之惑”.他在书里的第一页就点明了这个疑惑：
“自然选择所赋予野蛮人的大脑,应该只会比猿类的大脑稍微高级一点,然而实际上他们拥有的大脑,却几乎不亚于我们文明社会里一般人的大脑.4”
在同年的Science学报里,S. Levinson写了一篇书评,把这两本书一并评论,书评的标题叫“语言与华莱士之惑”.他在结论里说的几句话我觉得很到点：
“奇怪的是,这两本书都没有认真地看待来自古生物学、考古学和古DNA的新数据.声带的发展、呼吸的控制、快速配对的输入与输出…都可以在考古遗迹中发现端倪.虽然对这些证据还存有怀疑,但我们的发声技巧很可能比两位作者所想的都更早就演化出来了,而这些技巧或许在所有其他发展上都起着因果关系的作用.5”
我完全同意他的看法.如果要彻底地了解语言与大脑的来龙去脉,我们必须从很多不同学科里寻找相关的线索.L e v i n s o n提出了古代生物学、考古学及古D N A,其实我觉得我们应该把视野放得更宽：语言学、认知神经学及现代人的DNA,也都有必须参考的价值.另外Levinson还指出Bickerton与T o m a s e l l o都没有关注到说话能力对语言演化的重要性.的确如此,由于演化历程中人类的上半身,尤其是喉咙的结构改变,我们能够非常快地发出很多不同的音节来表达越来越复杂的思想.灵活的表达工具给思想发展的空间,相对的,丰富的思想刺激脑神经的联结,让喉咙、口腔、舌头的控制更敏捷,这样的循环互补,才促成了人类大脑的无所不能及人类语言的精密多样.这些问题在2011年的拙作《语言、演化与大脑》里有比较详细的讨论.
人类的演化：
从达尔文1859年的大作《物种起源》算起,至今已有150多年了,我们对语言、演化与大脑都已累积了很多研究成果与新知识,现在我们可以更深入地讨论这个很有启发性的课题.达尔文的确很有远见,在1859年的书里,他就已经推测到人类的发源地是在非洲,因为跟人类最接近的两大种灵长类—大猩猩及黑猩猩,也都生活在非洲6.
如果我们把大猩猩、黑猩猩跟人的相片放在一起,一般人都会觉得两种猩猩的亲属关系比较近.可是事实上并非如此,黑猩猩与人类的关系其实更密切,但人类由于创造了文化因而演变得特别快.150年前的达尔文当然无法知道,在六百万年前,我们人类与黑猩猩有共同的祖先.而目前在灵长目下的人属(genus Homo )中,只剩我们Homo sapiens 这唯一的种(species)了.
三百多万年前,我们的祖先开始直立起来用双脚行走,从而导致了一系列革命性的身体上的变化,包括越用越灵活的双手、喉头的下降,以及最重要的是大脑迅速的增长.三百多万年前,我们祖先的大脑约略是四、五百克重,而现代人的大脑一般在1,400克左右,对比起来已经增长了三、四倍！
双手灵活就可以制造工具,考古学家现已挖掘出各式各样的古人类石器,有的几乎有三百万年之久.喉头下降让舌头有更多的发音空间,提升了用声音沟通的能力.美国人类学家E. Sapir很早就推测过,当我们的老祖宗制造石器时,他们很可能已经具备一种非常原始、简单的语言9.灵敏的手、沟通的能力都刺激了对大脑的需求,同时,大脑的增长也给工具制作和思想沟通带来新的天地,因此这三方面的发展是彼此互动且相辅相成的.
现在世界上约有六、七千种语言,它们的雏形,很可能是由不同的原始沟通方式拼合而成,并于20万年前在非洲开始涌现,然后由现代人一地带进世界各地.
关于这些语言是不是有的比较简单,有的比较复杂,语言学家其实有不同的看法.Sapir的想法是,世界上所有的语言都差不多一样复杂.他在1921年的经典之作Language里说过一句很耐人寻味的话：“不管是在文化进展的任何一个阶段,都可以发现这些族群说着若干多样的简单或复杂的语言.论及语言形式,柏拉图与马其顿的牧羊人、孔子与阿萨姆猎人头的野人,都可以平起平坐.11”这句话意思是无论一个社会有多么发达,它的语言复杂度都不会有太大的差异.许多知名的语言学家如C. Hockett,都把这句话当作真理看待.
可是近年来,学者陆续发现这句话好像不完全对,复杂度这个概念其实本身就很复杂12.例如南美有个语言叫做皮拉罕语(Piraha),根据语言学家Everett的说法,这个语言的确非常简单,一般语言学家所认为的每个语言都必备的某些词汇和语法结构,在皮拉罕语里就不存在13.这并不表示,那些别的语言里都有的东西,说皮拉罕语的人就永远不可能学会,例如某些颜色词,或把一个附属从句插进一个主句里；这只表示,说皮拉罕语的族群很小,生活非常简单,在他们和外界接触前,并没有需要利用到那些繁复的词汇或语法结构.
再回到华莱士之惑这个课题上,他好像想说,因为他研究的东南亚原住民的头颅跟欧洲人的差不多一样大,因此他们的脑容量以及脑力也应当差不多.华莱士的这种论点不够全面,我们知道,与我们智人同为人属的尼安德特人,他们的头颅比我们的还要大些,可是他们却被我们的祖先消灭了,所以头颅的大小只能解释脑力的一部分,更重要的是大脑内部所含有的成分及它们之间的组织.
大脑的研究：
人脑里的细胞只有一半是神经元,其余的都是胶质细胞.
每个人的一切,包括：思想、情绪、记忆、行为,都是由这些神经元网络相互沟通时所产生出来的结果,而近三十年来,认知神经科学上一个重要的新发现,就是我们的大脑是无时无刻不在变化的.
这个变化是由于大脑的可塑性(plasticity),况且这种可塑性虽会随着体质与年龄而有差异,例如小孩学语言就要比老年人容易得多,但每次我们有了新的经验,比方结交了一位新朋友,或者学会了一样新技能,如下棋或跳绳,大脑的神经网络就会改变.所以大脑一方面主宰了一个人的一切,可是反过来说,每个人的行为也在塑造自己的大脑.
大约300万年前,我们的老祖先南方古猿(Australopithecus )由于直立起来,他们大脑的演化速度也增快了.可以用手来制作石器,用口腔发出越来越复杂的语音以便沟通.
目前已出土的最早的智人的化石,年代约是二十万年前.他们虽然已经具备语言的能力,可是这种能力究竟如何存在大脑里面,却一直要等到19世纪中叶才开始有点眉目.差不多是在华莱士与达尔文于伦敦的林奈学会年会上作报告时,巴黎有位名叫Broca的科学家,正在研究一位失语症患者,他在1861年发表了一篇开创性十足的文章,说明他的两个病人都失去了说话的能力,而尸检时发现,他们左大脑前部有同样的损伤.为了纪念这个发现,现在大家都把大脑里的那个区域称作B r o c a区.可是有趣的是,这种失语症的病人虽然不能说话,他们理解语义却没有问题.不过要是左大脑的中部受了伤,如头部受到重击或中了风,那么发出流利语音的能力不会受损,可是会失去理解语义的能力.发现这个病症的是德国人Wernicke,所以左大脑里也有一个Wernicke区.Broca和Wernicke关注的是口语,他们之后还有人发现大脑的底部还有个区域和阅读有关系,这位法国科学家名叫D e j e r i n e,他是研究失读症的创始人.这三位学者可以说是神经语言学的先驱.
可是在这三位先驱的时代,我们还不知道大脑是什么样的器官.一直要等到20世纪初,才有一位西班牙科学家Cajal证明了神经系统的单位是神经元,并且把显微镜里看到的几十种神经元,清清楚楚地画了出来.之后又要再等一个世纪,才有人用最先进的技术,把大脑里细胞的数目算出来,发现这些细胞一半都不是神经元14.
前人所见的大脑损伤后的神经元,都是要等人死后进行尸检才得到的数据.要再等到二十世纪末,由于科技的日新月异,我们才能利用最先进的仪器,观察语言在大脑里即时运作的情形.很重要的是,前面所提的三位先驱,看到的只是位于大脑皮层的表面伤痕,因此很容易误以为一种语言能力就只关系到一个明显的脑区.其实语言是个内部成分包罗万象的复杂系统.要了解语言,我们必须放宽视野采取宏观的方法,因为语言现象不是局部区域性(lo c al)的,而是全盘性(gl o b a l)的,拙文“宏观语音学”里讨论过这一点,载2008年《中国语音学报》1:1-9.现在举两个例子说明这点.
B r o c a的两个病人死后,他解剖取出并检查了他们的大脑,可是并没有把大脑切开,反而把它们细心的保存在巴黎的一个博物馆里.他把这两个大脑泡在甲醛里以防止腐烂.美国神经科学家D r o n k e rs得知这件事后,亲自到博物馆里取出这两个大脑,用M R I彻底分析了一下,她所得的图像,充分说明了这两位失语症患者的大脑里所受到的损伤,远远超过了皮层上所看得见的伤痕,许多皮层下的神经网络也都受到了损害15.有了M R I这种仪器,我们越来越明白语言行为所需要的,不只是几个皮层上的区域,而也必须包含皮层下的结构,特别是基底节(basal ganglia)及边缘系统(limbic system)里的神经网络.我想举的另一个例子来自f M R I,这种方法可以在人运用语言时,从他们的大脑取出血液里新鲜氧气的信号.从动脉送进大脑的血液都充满了氧气,f M R I就利用磁感应的方法量出血液中带氧或缺氧的状态,这种信号叫做BOLD (Blood OxygenLevel Dependent),即血氧浓度相依对比.
加州大学H u t h的研究团队让受验者观看电影或聆听广播,这些节目里约有一千个英文词.这些相关的词在受验者大脑上激活了哪些部位,Huth就把那些部位用fMRI画了出来,见图7.从他们的图像我们可以看出几点有趣的结果.一是同一个词会激活几个不同的部位,例如apple这样的词,会引发几种不同的感受,包括它的味道、颜色、凉滑的果皮、咬开时的声音,都位在大脑不同的区域里.另一个结果是,词与词之间的关系,例如,man、teacher、nurse都是指人,因此这些词所激活的部位都比较相近,离apple所激活的部位较远.还有个结果是,他们的七个受验者所激活的部位都很相似,说明这些受验者的大脑组织词的原则大同小异.
生理演化与文化演化：
现在我们回到“华莱士之惑”.华莱士认为,最简单的狩猎社会和最先进的科技社会里的居民,他们的大脑和语言复杂度其实不相上下,可是这两种社会生活上的需要却相距甚远.因为自然选择只会带来生活上有需要的东西,因此他推论,简单社会的居民的大脑和语言,不可能是经由自然选择演化出来的产品.
不过华莱士能看到的大脑,只限于它的容量大小与表面形状,因此才会妄下错误的结论.大脑内部的结构,尤其是神经网络的联系,才是更要紧的认知基础.神经网络的可塑性非常高,总是跟着生活在变.内部结构一定要演化到必需的复杂度,我们的认知、记忆、以及这些能力所支持的语言才能涌现.我们相信从原始的交际系统变成现代语言的这个演化过程,一定经过了几个重要的相变17.
语言是人类演化史上最关键的思想和交际工具.有了语言沟通,人与人之间就可以团结起来,让群体的规模不断扩充,从农业社会里几百人的群体,扩大到工业社会中几万人的群体,再到目前信息时代几十亿人的群体互相交际.随着人口数量增长,思想上的创新就跟着更多样化,可供选择的对象也随之提高,因此演化的速度也变得越来越快.
思想创新是一种文化演化,要比生理演化快得多.生理演化的主要机制是纵向传递,信息只能来自父母D N A的重组及突变；而文化演化的主要机制是横向传递,创新的信息没有限制,来自很多不同的地方,速度是非线性的.把身体的一部分变成翅膀,生理演化需要几千万年的时间.可是从农业社会到飞机的发明,通过文化演化,只需要一万多年.这两种演化速度上的差距只会越来越加剧.语言演化也是一种文化演化,在当前的信息社会里很可能会催生一出种崭新的演化方式.
我们经常说“物竞天择”,靠着消灭对方来夺取资源.
英国诗人A. Tennyson写过一句诗“大自然,鲜红的齿及爪…18”,把动物的竞争说得血淋淋的.可是演化不只是竞争,演化也是合作,借由互利互惠来提高资源分配的效率,共同改善生活条件.达尔文在他1871年的巨著里说过：
“毫无疑问地,一个部落如果拥有许多原意彼此协助、为了共同利益而牺牲自己的成员,那么这个部落定会战胜其他部落,而这就是自然选择.19”
所以演化有种种不同的层次,人跟人可以竞争或合作,群体跟群体也可以竞争或合作.一个人可以在群体内为了某些事跟别人竞争,但是却跟他群体里的成员合作去跟别的群体竞争.
一个人为什么愿意为别人冒险,甚至于牺牲自己,这是个非常有趣及重要的问题.英国遗传学家J.B.S. Haldane曾经说过一句发人省思的话：
“我愿意跳进河里去救两个亲兄弟或者八个表兄弟.”
这句话乍看之下不合常理,既然亲兄弟和自己的血缘更近,为什么只救两个亲兄弟,而要救八个表兄弟.其实他的意思是,每个亲兄弟有他50%的D N A,所以就算他牺牲了,保留的D N A却没有吃亏.而每个表兄弟只有他12.5%的D N A,因此他必须救八个才能保本.
Haldane的这种观念叫做亲属选择(kinship selection),刺激了几十年的生物研究,包括W.D. Hamilton深入的分析20.我们现在知道许多动物都会合作,简单的例子包括昆虫类,如蚂蚁搬东西及蜜蜂采蜜,复杂的例子包括哺乳类,如母狮一同猎捕羚羊及黑猩猩合作猎捕小猴子.可是虽然很多种动物都有合作行为,但因为人类有语言来表达复杂微妙的思想及协助配合行动,所以人类合作的群体大小、合作的本质方式,就与其他动物有天壤之别.
华莱士与达尔文讨论的两个议题,语言与大脑,经过150多年的科学探索与研究,已经不再那么神秘.可是如何通过语言与大脑更深入地了解与加强人类的合作精神,正是目前许多学科的研究目标,包括生命科学及社会科学.R. Dawkins的《自私的基因》40年前出版时,引起了热烈的关注,可是讨论已久,现在更应当注重“利他主义”具备什么样的基因、大脑、及社会的基础.哈佛大学数学家M. N o w a k最近用博弈论研究了什么样的条件会导致更多的合作21.在目前的世界,人口如此之稠密,矛盾、对抗、冲突的事件越来越多,而破坏力又如此之强大,我们急需多层次的合作,否则就一定危机重重！这些问题也都是语言与文化演化的结果.希望在多学科的研究框架下,我们能尽快多了解这些问题,也许能够帮助人类创造一个更美好的未来.科
注释：
1、此文在上海举办的2016年中国人类学学术年会上宣读.感谢金力教授、邓晓华教授及大会的工作组给我这个宝贵的机会参与多学科的交流, 并特别感谢蔡雅菁跟我讨论文中的每个问题,帮我把思绪表达得更清楚.
2、Linneaus 是瑞典18世纪的生物学家.他为学术界奠定了生物的命名系统, 其中属-种(genus-species)的二名法目前还在使用.
3、“The same line of argument may be used in connection with thestructural and mental organs of human speech, since that faculty can hardly hebeen physically useful to the lowest class of sages; and, if not, the delicatearrangement of nerves and muscles for its production could not he been developedand coordinated by natural selection. This view is supported by the fact that,among the lowest sages with the least copious vocabularies, the capacity ofuttering a variety of distinct articulate sounds, and of applying them to an almostinfinite amount of modulation and inflection, is not in any way inferior to that ofthe higher races. An instrument has been developed in advance of the needs ofits possessor.” Wallace, Alfred Russel. 1869. Sir Charles Lyell on geologicalclimates and the origin of species. Quarterly Review 126: 359-394.
4、“Natural selection could only he endowed the sage with a brain alittle superior to that of an ape whereas he possesses one very little inferior tothat of an erage member of our learned societies.”
5、“Oddly, neither book engages seriously with the new data frompaleontology, archaeology, and ancient DNA. The development of the vocal tract,the control of breathing, and fast input-output mapping … can all be traced inthe archaeological record. Despite some skeptici about the evidence, it seemsprobable that our vocal skills evolved much earlier than either author imagines,and they are likely to he had a causal role in all the other developments.”Levinson, S. 2014. Language and Wallace’s problem. Science, 344(6191),1458-1459.
6、“It is therefore probable that Africa was formerly inhabited by extinctapes closely allied to the gorilla and chimpanzee; …, and as these two speciesare now man’s nearest allies, it is somewhat more probable that our earlyprogenitors lived on the African continent than elsewhere.” (因此与大猩猩及黑猩猩关系密切,现在却已绝种的猿类,很可能原先住在非洲…既然这两个物种现在与人类的关系最近,所以我们早期的祖先更有可能也曾在非洲大陆上居住过,而非在其他地方.)
7、取自Vallender, Eric, et al. 2008. Genetic basis of human brainevolution. Trends in Neuroscience,31,637-44.
8、取自Johanson, D. & B. Edgar. 1996. From Lucy to Language.
9、Sapir 1921: 23. "The universality and the diversity of speech lead to asignificant inference. We are forced to believe that language is an immensely ancientheritage of the human race, whether or not all forms of speech are the historicaloutgrowth of a single pristine form. It is doubtful if any other cultural asset ofman, be it the art of drilling for fire or of chipping stone, may lay claim to agreater age. I am inclined to believe that it antedated even the lowliest developmentsof material culture, that these developments, in fact, were not strictly possible untillanguage, the tool of significant expression, had itself taken shape."（语言的普遍性及多样性让人得出一个重要的推论.我们不得不相信,语言是人类悠久古老的遗产,不管历史上各种形式的语言是否都是由单一一个原始形式发展出来的.人类的任何其他文化资产,如钻木取火或削凿石头,都不太可能比语言更久远.我倾向于认为,语言甚至早于最初步的物质文化发展,如果不是语言这个重要的表达工具已经成形了,这些发展都不可能会出现.）
10、取自Lieberman, D.E. 2013. The Story of the Human Body.
11、"Both simple and complex types of language of an indefinite number ofvarieties may be found spoken at any desired level of cultural advance. When itcomes to linguistic form, Plato walks with the Macedonian shepherd, Confucius withthe head-hunting sage of Assam."
12、Miestamo, Matti, et al(Eds.). (2008). Language Complexity:Typology, Contact, Change. John Benjamins. Givón, Talmy, & Shibatani,Masayoshi (Eds.). (2009). Syntactic Complexity: Diachrony, Acquisition, Neurocognition,Evolution. John Benjamins. Sampson, Geoffrey, Gil, Did, & Trudgill,Peter (Eds.). (2009). Language Complexity as an Evolving Variable: OxfordUniversity Press.
13、Everett, Daniel L. 2009. Piraha Culture and Grammar: A Response toSome Criticis. Language, 85(2), 405-442.
14、Azevedo, Frederico A. C., et al 2009. Equal numbers of neuronal andnonneuronal cells make the human brain an isometrically scaled-up primate brain. TheJournal of Comparative Neurology, 513(5), 532-541.
15、Dronkers, Nina F., et al 2007. Paul Broca’s historic cases: highresolution MR imaging of the brains of Leborgne and Lelong. Brain, 130, 1432-1441.
16、取自Huth, A., et al. 2016. Natural speech reveals the semantic mapsthat tile human cerebral cortex. Nature, 532,453-472.
17、王士元. 2014. 语言演变中的相变. 南开语言学刊, 2014.2,1-13.
18、“Nature, red in tooth and claw, …”
19、Darwin 1871,The Descent of Man: “There can be no doubt that atribe including many members who were always ready to give aid to each other and tosacrifice themselves for the common good, would be victorious over other tribes; andthis would be natural selection.”
20、Hamilton, W.D, 1964. The genetical evolution of social behiour.Journal of Theoretical Biology,7, 1-16.
21、Nowak, Martin A., & Highfied, Roger. 2012. Supercooperators:Altrui, Evolution, and Why We Need Each Other to Succeed. New York: FreePress.亦见Wilson,E.O.2012.The Social Conquest of Earth.
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