营养学、智慧诞生与生态新平衡

在地球生态系统趋于平衡的过程中,营养摄入改变了灵长类生物的大脑容量,促使人类诞生,一种崭新的由人掌控的动态平衡由此开始。

大爆炸、地球、万物生

迄今为止,美国物理学家伽莫夫1946年正式提出的“大爆炸理论”(The Big Bang Theory)是最有影响力的宇宙诞生学说。该学说认为,宇宙是由138.2亿年前的一次大爆炸后膨胀形成的。与普通的大爆炸不同,这样的爆炸是致密炽热的奇点突然炸裂所致,宇宙体系不断膨胀,物体温度从热到冷、物质密度从密到稀不断演化,宇宙从此有了物质、能量、时间和空间,而这些概念,构成了物理学的基础。

在漫长的宇宙演化中,物质和能量形成复杂的结构,从原子到分子,再结合成具体的物质。宇宙诞生于将近100亿年之后,飘散在太空中的尘埃聚集,形成了太阳系,而地球是其中一个星球。

最初地球体积很小,随着尘埃和星体的撞击,体积不断增大,温度不断升高。之后,地球遭受的撞击变少,地表温度降低,而内部的岩浆不断喷发,形成了火山,火山灰中的蒸汽凝结为水,形成了海洋。

有机体就是在海洋中诞生的,生命由此起源,耗费三十多亿年的时间,不断进化,从有机体到藻类,再到多细胞生物、海洋动物,是一段漫长而曲折的进化史。

在地球形成的早期,由于星体运动和地壳活动的不确定性,维系平衡几乎是不可能的。自生命诞生以来,地球经历了至少5次灭绝事件,每一次都让不计其数的生命从地球消失。例如发生于2.5亿年前的二叠纪末期的灭绝事件,95%的生物遭受灭顶之灾。而发生于白垩纪—第三纪的灭绝事件,导致地球上45%的生物灭绝。

然而从整个宇宙的发展史来看,地球的存在只是沧海一粟,地球的灾难并未改变宇宙的平衡与演化。但对地球自身来说,平衡和稳定是物种演化的先决条件,如果没有一个相对安全的环境,就不可能有多样的物种,也不可能有人类的诞生。

趋向平衡的生态系统

与宇宙或者地球的诞生时间相比,人类存在的历史只有短短的几百万年时间,几乎可以忽略不计。在人类出现之前,地球经过亿万年的进化,形成了相对平衡的生态系统,人的出现,或者说智慧的诞生,对原本的生态系统产生了巨大的冲击。

众所周知,生态系统是生物群落连同其所在的地理环境所构成的能量、物质的转化和循环系统。生态系统平衡建立在能量平衡、物质循环平衡和生物链平衡之上。

能量平衡特别容易理解,生态系统需要的负熵负熵即熵减少,是熵函数的负向变化量。负熵是物质系统有序化、组织化、复杂化状态的一种量度。——编者注来自太阳,依靠太阳的能量形成自组织过程。从大自然长久的发展史来看,整个生态系统消耗的能量与能够利用的太阳能必须达成平衡,不能长期超负荷消耗。

物质循环平衡是指无机物—有机物—无机物的循环平衡。生命系统的能量载体其实是在地球内部完成吸收和代谢,从微观角度来讲,物质循环是指水循环、氧气循环、氮循环、磷循环等。物质循环平衡表现为生态系统内部不会产生垃圾。

生物链是能量和物质循环的载体,生物链的起始是植物通过光合作用把无机物转化为有机物,将太阳能转化为生物能,之后,通过食物链,有机物向动物流动,最后,再由动物和植物流向微生物。在最后这个过程中,有机物被分解氧化,重新转化为无机物,释放出能量。生物链是由多种物种连接而成,保持着能量的流动和物质的循环,维系着整个生命体系的良性存在,这种运转机制即生物链平衡。一般而言,生物种类越多样越复杂,其抵抗环境波动的能力就越强,整个生态系统也就更为稳定,生物链平衡的水平也就越高。

如果你看过迪士尼的动画片《狮子王》,可能会记得电影中有这样一个情节:老狮子语重心长地告诉辛巴,狮子吃掉的那些食草的羚羊、斑马、兔子,并非是残忍的杀戮,而是为了维护整片草原。

狮子王为什么这么说?因为这就是自然界的生态平衡,一片未曾遭受破坏的草原,动植物的数量和种类在一定时期内是基本稳定的。动植物互相适应、彼此制约,让一片草原欣欣向荣。狮子吃羚羊,羚羊吃草,狮子、豹子等大型凶猛动物死亡之后,身体又会变成植物的肥料,如此良性循环,草原才不会消失。

可以说,自然界中所有的生物,都不可能脱离其他生命物质而独立存在,生态系统内某一种生物的增加、减少、灭绝,都会影响生物链上其他生物的存在状态。

营养学改变了大脑发育

假如没有人类文明的诞生,同时没有外源性的灾难,大自然的平衡会长期演化和保持下去。

人类的祖先——早期猿人大概诞生于200万到300万年前,之后经历了智人、直立人等阶段。大约7万年前,“智人”这一物种的生物开始出现,智人最大的特点是会思考,也就是会利用智慧为自己谋取生存福利。虽然说“人类一思考,上帝就发笑”,但正是因为思考,人类跃居为自然界的上帝,“在地球发展史上,首次出现了为自己的利益而打算征服整个自然的物种,即人类”。

人类的分支比较复杂,因为区域地理环境不同,早期的人种“有些高大,有些矮小,有些会凶残地猎捕,有些只是温和地采集着食物”。但共同的特征是相对脑容量明显大于其他动物。

相对脑容量是指大脑体积与身体体积的比值。动物学家研究了过去6000万年里生活过的500种哺乳动物的大脑,其跨度之大,涵盖了恐龙灭绝之后一直到今天的动物。结果发现,相对脑容量越大的动物越聪明。比如说,蓝鲸的大脑虽然比人脑大很多,但它的相对脑容量并不大,也就没有人聪明。它的大脑很大一部分是用来控制身体运动的,身体越高大,需要的脑容量相应就越大,但除此之外,用于智力活动的占比很小。

其实,生态系统平衡的打破是由营养学导致的,打破之后,自然界建立了由人类参与的新的平衡。早期的人类在获取食物上并无太大优势,一是他们的体格不占优势,无法与凶猛动物相抗衡;二是他们的奔跑速度也落后于羚羊、野狗、兔子等动物,远古时期的人类祖先处在食物链不太起眼儿的位置。

人类是杂食性动物,摄食的动物蛋白是其他凶猛动物剩下的更易消化的骨髓、大脑等难摄取的部位。杂食性保证了营养的均衡,另外,食物容易消化使节余出的能量供给大脑,促进了脑容量的增加。

硕大的脑袋是一份甜蜜的负担,它虽然让人类在智力上战胜了动物,但也导致了身体其他部位的退化,比如人类的肌肉和骨骼远不及其他灵长类动物发达,猴子可以在树上蹦来跳去,大猩猩臂力惊人。大脑结构脆弱,消耗的能量却很惊人。以智人为例,在身体不运动时,总量占比为2%~3%的大脑能量消耗却高达25%,而其他猿类在休息时大脑能量消耗仅为8%。

没有人知道我们的祖先什么时候学会了用火,直接的考古学证据来自于南非的Wonderwerk洞穴,里面有100万年前人类祖先留下的灰烬和骨头,但人类用火的时间应该更早。

人类学会用火具有划时代的意义,美国人类学家兰厄姆认为,正是因为人类学会用火,吃上熟食,人类的智慧才发生了飞跃。经过加热,食物不但变得更为美味,寄生虫病菌被杀死,蛋白和淀粉的物理化学结构也发生改变,身体内分解酶的工作效率大大提高,食物也更安全,更容易消化。比如黑猩猩每天需要花费5个小时嚼食生肉,而人类只需要1个小时。

人类考古发现,距今一百六十万到一百九十万年前的直立人(homo erectus)的脑容量是其祖先能人(homo habilis)的1.5倍,与此同时,其牙齿尺寸发生了人类进化史中最大幅度的下降,充分验证了这一点。

火的运用和学会使用工具,让人类营养的摄入更加规律和多样,规律地食用熟食改变了人类的解剖结构——牙齿变小,更为圆润,肠道缩短,消化能力提高,反映到大脑上,是脑容量变得更大。对比发现,人类的脑容量是猴子的20.7倍,是大猩猩的4.3倍。

图1–1 人类进化大脑变化图

人的出现是生物界的革命,一群在最近几十万年来逐渐变得无所不能的欲望猴子打破了地球的宁静与平衡,开始替代上帝恣意摆布世界。

1989年的奥斯卡获奖短片《平衡》,是一则内涵丰富的现代寓言。在一个超现实的空间里,5个几乎一模一样的男子背靠背围成一圈,他们面无表情,又仿佛各怀心事。其中一个人向外迈出一步,空间发生了倾斜,原来,这5个人站在一个四方形的平板上,中间只有一个支点。他们默契地向四方走去,尽力保持平衡,随后拿出了钓鱼竿垂钓。其中一个人钓上了一只音乐木箱,当他想要窥探木箱的秘密时,其他四个人也充满了好奇,于是平衡被打破了。围绕着这只音乐木箱,5个人展开角逐,最终,木板的两端剩下孤单单的一个人,以及一只永远无法触碰的木箱。

这样一则现代寓言,可以从多个层面解读。如果平板是地球,寓意人与自然的不平衡;如果平板是当今世界,那5个人代表了国家之间的不平衡;如果平板是一个人,5个人隐喻了名利、工作、健康等要素,反映了内心的不平衡。

平衡的法则指引着这个世界,每一方势力似乎都能够打破平衡,但最终又被平衡所引导。人类的存在需要平衡,个体的健康需要平衡,当贪婪和诱惑出现时,平衡就会被打破。人类在地球这一叶扁舟上,只有同舟共济,保持平衡,才能抵达彼岸。

从浩渺的宇宙到神奇的地球,从庞大的生态系统到复杂的人类,这世间的万事万物,都是从不稳定趋向稳定平衡的。

每一个独立的人类个体同样如此,他无时无刻不在追求内外的平衡。人体作为生态系统的一部分,要与外部自然环境相平衡。同时,对身体内部而言,也在不断协调中趋向生理与心理的平衡。

生命不在于运动,也不在于静止,而在于平衡。任何生命系统都是因平衡而生,因不平衡而亡,新的平衡孕育新的生命。

人类是地球平衡运动的产物,具备生物圈内所有生命系统的特征。然而,智慧将人类和其他动物区分开来,在不断的进化中,人类一次次跃升,直至站到了食物链的顶端。