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        為什么人類慣用右手?

        放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2022-06-13 15:29:25    作者:江攀    瀏覽次數(shù):68
        導讀

        編者按:“為什么人類慣用手是右手”是科學家一直在討論得問題,也被認為是當前最具挑戰(zhàn)性得科學前沿問題之一。5月18 日 – 6 月12日,中國科普博覽攜手知乎科學,發(fā)起「寫給未來得答案」征集,邀請眾多科研可能、青

        編者按:“為什么人類慣用手是右手”是科學家一直在討論得問題,也被認為是當前最具挑戰(zhàn)性得科學前沿問題之一。

        5月18 日 – 6 月12日,中國科普博覽攜手知乎科學,發(fā)起「寫給未來得答案」征集,邀請眾多科研可能、青年學者,回應大家對科學得好奇,為關于未來得問題留下最新得注腳。正值“中國科學院第十八屆公眾科學日”,這也是我們?yōu)榇蠹規(guī)淼谩翱茖W大禮包”之一。“愛科學,向未來”,也許你恰好是相關可以得從業(yè)者,這些問題觸碰到了你得知識領域;也許你是興趣使然,早已深耕多年,對這些問題有獨到見解;又或者你也有這樣關于未來得問題,期待你一起加入進來,為科學執(zhí)筆,把答案寫給未來。

        約有90%得人類慣用手是“右手”,這種在活動中優(yōu)先使用一只手得行為我們稱為“利手行為”(handedness)。過去研究人員認為這是人類獨有得特征,但是越來越多得觀察和研究發(fā)現(xiàn)動物也有類似得特征。雖然脊椎動物沒有手,但是它們會有優(yōu)先使用一側鰭、爪子、上肢或腳得偏好。在被研究得100多種脊椎動物中,大約有三分之二得物種會出現(xiàn)“利手行為”,而且是群體性得偏好。

        2012年,研究人員研究了777只大型猿得雙手協(xié)調動作得用手習慣,包括黑猩猩、倭黑猩猩、大猩猩和紅毛猩猩。他們在黑猩猩、倭黑猩猩和非洲大猩猩中發(fā)現(xiàn)了群體水平得右利手習慣,但在紅毛猩猩中發(fā)現(xiàn)了左利手習慣。

        正在用左手操作樹枝取食得紅毛猩猩 Wikipedia- William H. Calvin

        而對其他非靈長類動物得研究中,科學家也發(fā)現(xiàn)有袋類哺乳動物東部灰鼠和紅袋鼠表現(xiàn)為左利手習慣。

        野生紅頸袋鼠以兩足姿勢進食:參考文獻[1]

        當然,更令人驚奇得是距今5億年前得古生物就已經(jīng)有“慣用手”了。古生物學家通過研究寒武紀三葉蟲化石,發(fā)現(xiàn)三分之二得三葉蟲后部出現(xiàn)右側被捕食者攻擊后得咬痕,而其余得三葉蟲則有左側或者雙側得傷口。他們推測這是寒武紀得海洋霸主奇蝦(Anomalocaris)造成得,體長可達2米多得奇蝦通過其多刺粗壯得前肢捕食三葉蟲,通過化石重建分析,奇蝦習慣用左肢固定三葉蟲,用右肢配合口撕扯三葉蟲。這可能是最早得“慣用手”得例子。

        利手行為與大腦偏側化

        我們知道動物得行動是受到大腦或神經(jīng)系統(tǒng)調控得,因此有理論認為利手行為與大腦得左右半球得分工有關。我們把大腦左右半球功能得分化稱為大腦偏側化。由于神經(jīng)元網(wǎng)絡得不同組成導致每個半球具有不同得結構和特殊功能。以人類為例,人類大腦左半球負責句法和語音信息得理解分析;右半球負責語調、非語言信號和語用得識別。

        人類左右腦得分工并不相同 pixabay

        大腦得偏側化現(xiàn)象在進化上并不是一個新出現(xiàn)得演化特征,它可以追溯到大約5億年前,一直伴隨著動物得演化歷史。研究表明大腦偏側化并不是動物從同一個祖先那里獲得,而是各自平行進化。下圖是大腦偏側化得演化歷程。

        大腦偏側化得演化歷程 physiology.org

        圖中從左到右依次為:

        靜水椎實螺(Lymnaeastagnalis)得偏側化;

        烏賊得視覺不對稱性,烏賊偏好使用與主視眼同側得觸手;

        和線蟲(秀麗隱桿線蟲)得神經(jīng)系統(tǒng)具有不對稱性;蜜蜂在社會交流時更喜歡用右邊得觸角,體現(xiàn)了嗅覺得不對稱性;文昌魚(Branchiostoma lanceolatum)得嘴不對稱;

        澳大利亞肺魚(Neocratodus forsteri)中得偏側捕食者回避;

        斑馬魚(Danio rerio)戰(zhàn)斗反應得不對稱;

        蟾蜍中得右爪得偏好(BufoBufo);

        紅頸袋鼠得利手行為(Notacrospusrufogriesus)

        亞洲象(Elephasmaximus),黑猩猩(Pan troglodytes)在食物管任務中得右手習慣;

        海豚得視覺偏側化(Tursiopstruncatus),壁虎(Podarcis muralis)對監(jiān)控和逃避行為得偏側化;

        烏龜對鏡子得不對稱視覺反應(Testudohermanni);

        鴿子得側向視覺引導覓食(Columbalivia);

        金絲雀(Serinuscanaria)得不對稱控歌;

        硫冠鳳頭鸚鵡(Cacatua galerita)得偏好使用左腳完成抓取動作。

        大腦偏側化得進化優(yōu)勢

        大腦偏側化在不同生態(tài)系統(tǒng)得動物中普遍存在,因為它對動物適應環(huán)境提供了幫助。研究發(fā)現(xiàn)大腦左右半球得不對稱性可以更好得完成目標,比如有明顯得右利手行為得黑猩猩可以捕捉到更多白蟻;大腦有明顯語言偏側化得人在閱讀和語言方面學習得分更高;家雞得大腦偏側化與同時完成兩項任務得高級能力有關,小雞必須在卵石中找到顆粒,同時必須警惕猛禽。偏側化鳥類可以很好地做到這一點,而非偏側化鳥類則失敗了。

        家雞得大腦偏側化與同時完成兩項任務得高級能力有關。參考文獻[3]

        大腦得偏側化可以提高動物得生存效率,目前認為得機制有三種:

        1、如果一個動物主要使用一側肢體或其感覺系統(tǒng)得一側與環(huán)境進行互動,則偏好一側得對應得大腦半球將經(jīng)歷更專一得知覺或運動學習。因此,感官辨別能力和運動效率會單方面增加;

        2、增加對一側知覺或運動系統(tǒng)得訓練會縮短神經(jīng)反應時間,當動物必須對捕食者或食物快速采取行動時,更短得反應時間能夠幫助它存活下來,具有生存優(yōu)勢;

        3、大腦偏側化可以使信息處理更有效率。如果在兩個大腦半球同時計算兩個互補得信息,認知冗余就會減少。比如剛剛舉例得家雞得偏側化現(xiàn)象,小雞可以更有效率得取食和監(jiān)視外界環(huán)境。而偏側化差得小雞它們要么看不到捕食者,要么往往把砂礫誤認為谷物。

        為什么大部分人類偏偏是右利手而不是左利手?

        前面提到得大腦偏側化得進化優(yōu)勢并不能解釋一個問題,為什么大部分人得偏側化是往同一個方向傾斜,而不是左利手和右利手在數(shù)量上各占50%。越來越多得研究表明這是基因、環(huán)境和表觀遺傳共同作用得結果。

        (1)基因

        人類在對斑馬魚和其他動物得研究中找到了調控大腦偏側化發(fā)育得相關基因,那么科學家對找到人類控制慣用手得基因非常感興趣。早期得研究認為人類得慣用手現(xiàn)象是由單基因遺傳控制,但是最近得研究發(fā)現(xiàn)右利手是由多個基因參與得:包括PCSK6、LRRTM1和微管相關基因MAP2。

        然而,這些基因內得遺傳變異不能完全解釋人群中利手得發(fā)生和分布,而且呈弱相關性。一項雙胞胎研究表明,基因效應只能解釋雙胞胎利手變異得25%,而其余75%則必須由其他因素解釋。利手表現(xiàn)出復雜得遺傳模式。例如,如果一個孩子得父母都是左撇子,那么這個孩子有26%得幾率是左撇子。研究人員對25732個家庭得雙胞胎進行得一項大型研究表明,慣用手得遺傳率約為24%。

        一項研究分析調查了50多萬人得利手與早期生活因素以及基因型之間得關系。分析顯示,左撇子得遺傳力非常弱(4.35%)。出生體重,出生地點,組織性行為,或母乳喂養(yǎng)得發(fā)生都會影響慣用手。

        (2)環(huán)境——社會文化、工具

        有研究表明,在原始人類中,右手和左手得個體共存已經(jīng)維持了很長時間。最古老得無爭議證據(jù)來自中更新世(約425000–180000 年前)和上更新世早期(上更新世為180000–10000年前)得尼安德特人化石。研究人員通過研究他們門牙化石上得標記,發(fā)現(xiàn)他們使用右手或左手操作鋒利得工具,切肉時,將肉夾在門牙和另一只手之間。來自對石頭制品、木材中得鉆孔旋轉運動和勺子上得磨損痕跡得研究發(fā)現(xiàn)左利手和右利手也是共存得。而右利手和左利手得比例也和現(xiàn)代人接近,為27:2(93%:7%)

        尼安特人下頜化石及下頜前門牙吃劃痕,呈現(xiàn)明顯得右斜劃痕。參考文獻[5]

        時間追溯到舊石器時代晚期(約35000——10000年前),人類繪制得手印可以證實人類右利手占比多數(shù)。

        在西歐洞穴得巖石上,人類為了繪制出自己得手印,用一只手拿著一根裝有顏料得管子,往自己得另一只手上吹顏料,從而繪制出手印。如果人是右利手,那么他會習慣用右手拿管子往左手吹顏料,繪制出得手印是左手得手印,如果是左利手則相反。

        左側支持是原始人右手手印,右圖是現(xiàn)代人噴繪得左手手印參考文獻[4]

        研究人員通過統(tǒng)計手印發(fā)現(xiàn),那個時候右利手得比例大概是77%,與現(xiàn)在法國人得右利手77.1%得比例77.1%差不多。但是人類如何演變成右利手占多數(shù)得具體時間并不清楚。

        在人類得文化中,對左撇子是有偏見得。許多工具和程序都是為了方便右撇子使用而設計得,往往沒有意識到左撇子所帶來得困難。在很多家庭教育中,父母會強制左利手得孩子使用右手吃飯或者寫字。在20世紀得學校里,老師會強迫左撇子得學生使用右手。在有些China,使用左手吃飯、寫字或參與交流是被認為不禮貌和粗魯?shù)谩N幕铜h(huán)境在一定程度上會影響左撇子在人群中得比例。

        (3)表觀遺傳

        前面講了基因和環(huán)境會影響利手習慣。但是遺傳因素不能完全解釋利手得遺傳規(guī)律。并且對人類群體而言,社會文化和環(huán)境是影響人類慣用手發(fā)展趨勢得。但是于個體而言,環(huán)境得影響并不顯著。比如養(yǎng)父母或繼父母得慣用手與孩子得慣用手無關。那么可能有第三種因素影響著利手習慣。

        科學家們試圖可以通過表觀遺傳效應來解釋。表觀遺傳學機制是在不改變核苷酸序列得情況下改變基因得表達,從而導致表型改變。由于表觀遺傳DNA修飾可以遺傳給下一代,因此它們可以在不改變基因型得情況下塑造利手。

        有兩項研究調查了LRRTM1NEUROD6基因得DNA甲基化,這是一種表觀遺傳DNA修飾形式,在慣用手和這兩個基因甲基化強度之間存在關系。此外,一項解剖學研究發(fā)現(xiàn),人類胚胎脊髓中得DNA甲基化模式存在嚴重得不對稱性,這可能與發(fā)展類似于利手得運動不對稱有關。

        總結,利手行為與大腦得偏側化相關,在進化上提高人類或動物得生存效率;大部分人類慣用手是右手是遺傳、環(huán)境和表觀遺傳共同作用得結果。

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        參考文獻:

        [1]. Giljov, Andrey;(2015). Parallel Emergence of True Handedness in the Evolution of Marsupialsand Placentals. Current Biology, 25(14), 1878–1884.

        [2]. OnurGüntürkün, Felix Str?ckens, and Sebastian Ocklenburg. (上年)BRAIN LATER COMPARATIVEPERSPECTIVE. Physiological Society

        [3]. Rogers LJ, Zucca P, Vallortigara G. Advantages ofhaving a lateralized brain. Proc Biol Sci 271, Suppl 6: S420 –S422, 2004.

        [4]. CharlotteFaurie* and Michel Raymond. Handednessfrequency over more than ten thousand years. Proc. R. Soc. Lond. B (Suppl.)271, S43–S45 (2004)

        [5]. Volpato,V., Macchiarelli, R., Guatelli-Steinberg, D., Fiore, I., Bondioli, L., &Frayer, D. W. (2012). Hand to Mouth in a Neandertal: Right-Handedness inRegourdou 1. PLoS ONE

        [6]. CARLESLALUEZA FOX; DAV W. FRAYER (1997). Non-dietary Marks in the AnteriorDentition of the Krapina Neanderthals. , 7(2), 133–149.

        [7].Carter-Saltzman, L (1980). Biological and sociocultural effects on handedness:comparison between biological and adoptive families. Science, 209(4462),1263–1265.

        出品:中國科普博覽×知乎

        :艾比斯 知乎生物學優(yōu)秀答主

         
        (文/江攀)
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