我们的肩膀和肘部最初是攀爬猿的刹车

旋转的肩膀和伸展的肘部允许人类伸手去拿高架子或与朋友一起扔足球，可能首先进化为我们的灵长类祖先的自然制动系统，他们只需要离开树木而不会死亡。

达特茅斯学院的研究人员在《皇家学会开放科学》（Royal Society Open Science）杂志上报告说，猿类和早期人类可能进化出了自由移动的肩膀和灵活的肘部，以减缓它们从树上下来的速度，因为重力拉动了它们较重的身体。研究人员说，当早期人类离开森林前往草地稀树草原时，他们的多功能附属物对于收集食物和部署狩猎和防御工具至关重要。

研究人员使用运动分析和统计软件来比较他们拍摄的黑猩猩和在野外攀爬的被称为mangabey的小猴子的视频和静止帧。他们发现黑猩猩和曼加贝的爬树相似，肩膀和肘部大多弯曲靠近身体。然而，当爬下来时，黑猩猩将手臂伸过头顶以支撑自己的体重，像人从梯子上下来一样抓住树枝。

该研究的第一作者、瓜里尼研究生和高级研究学院生态、进化、环境和社会项目的学生卢克·范宁（Luke Fannin）表示，这些发现是最早确定“向下攀登”在猿类和早期人类进化中的重要性的发现之一，它们在遗传上彼此之间的关系比与猴子的关系更大。范宁说，现有的研究已经观察到黑猩猩爬上树并在树上导航 – 通常是在实验装置中 – 但研究人员来自野外的大量视频使他们能够检查动物的身体如何适应爬下。

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瓜里尼的卢克·范宁（Luke Fannin）表示，这些发现是最早确定“向下攀登”在类人猿和早期人类进化中的作用的发现之一。（卢克·范宁摄）

“我们的研究提出了向下攀登的想法，这是一个被低估但非常重要的因素，最终会在人类身上表现出来，猴子和猿类之间的解剖差异，”范宁说。“考虑到猿类和早期人类的体型，下攀登代表着如此重大的身体挑战，由于跌倒的风险，它们的形态会通过自然选择做出反应。

“我们的领域长期以来一直在考虑猿类爬树 – 文献中基本上没有关注它们从树上爬下来。我们一直忽略了这种行为的后半部分，“该研究的共同作者，人类学系教授兼系主任Jeremy DeSilva说。

“第一批类人猿在2000万年前在分散的森林中进化，在那里他们会上树获取食物，然后回来移动到下一棵树上，”德席尔瓦说。“从树上下来会带来各种新的挑战。大型类人猿不能摔倒，因为它可能会杀死或严重伤害它们。自然选择会偏爱那些允许它们安全下降的解剖结构。

德席尔瓦说，从祖先猿传下来的灵活的肩膀和肘部将使南方古猿等早期人类能够在夜间爬树以确保安全，并在白天毫发无损地下来。他说，一旦直立人可以使用火来保护自己免受夜间捕食者的侵害，人类形态就拥有了更宽的肩膀，能够达到90度角，再加上自由移动的肩膀和肘部，使我们的祖先能够很好地用长矛射击（猿类不能准确投掷）。

“这是同样的早期猿类解剖结构，经过了一些调整。现在你有一些东西可以投掷长矛或石头来保护自己不被吃掉或杀死东西为自己吃。这就是进化的作用——这是一个伟大的修补匠，“德席尔瓦说。

“从树上爬下来为数百万年后进化的东西奠定了解剖学阶段，”他说。“当NFL四分卫投掷足球时，这种运动完全归功于我们的猿类祖先。

范宁说，尽管黑猩猩缺乏优雅，但它们的手臂已经适应了，以确保动物安全到达地面 – 它们的四肢与现代人类非常相似。

“这是我们来自的模板 – 对于我们的早期祖先来说，下降可能也是一个更大的挑战，”范宁说。“即使人类变得直立，上升然后下降的能力，一棵树对于安全和营养也非常有用，这是生存方面的游戏名称。我们被修改了，但我们猿类祖先的标志仍然存在于我们的现代骨骼中。

研究人员还分别使用哈佛大学和俄亥俄州立大学的骨骼收藏品研究了黑猩猩和曼加贝手臂的解剖结构。像人一样，黑猩猩有一个浅的球窝肩膀 – 虽然更容易脱臼 – 允许更大的运动范围，范宁说。像人类一样，黑猩猩可以完全伸展手臂，这要归功于肘部后面的骨头长度减少，称为鹰嘴突。

Mangabeys和其他猴子的构造更像是猫和狗等四足动物，具有深梨形的肩窝和肘部，带有突出的鹰嘴突，使关节类似于字母L。虽然这些关节更稳定，但它们的灵活性和活动范围要有限得多。

研究人员的分析表明，黑猩猩在下降时肩膀的角度比爬上去时大14度。从树上下来时，他们的手臂在肘部向外伸展34度，而不是上山。曼加贝在爬树和下树时，肩膀和肘部的位置角度只有轻微的差异——4度或更小。

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21岁的玛丽·乔伊（Mary Joy）在本科时共同领导了这项研究，她利用自己作为越野跑者的经验来思考为什么黑猩猩会以不同的方式下树。（卢克·杜威斯摄）

“如果猫会说话，它们会告诉你，爬下来比爬上去更棘手，许多人类攀岩者会同意。但问题是为什么这么难，“范宁的顾问和研究合著者，查尔斯汉森人类学教授纳撒尼尔多米尼说。

“原因是你不仅要抵抗重力的拉力，而且还必须减速，”多米尼说。“我们的研究对于通过正式测量野生灵长类动物如何爬上爬下来解决理论问题非常重要。我们发现猴子和黑猩猩之间的重要差异，这可能解释了为什么猿类的肩膀和肘部进化出更大的灵活性。

共同作者Mary Joy ‘ 21与范宁一起领导了她的本科论文研究，当她注意到动物如何下树与它们如何爬上树时，她正在审查德席尔瓦拍摄的黑猩猩视频。

“它非常不稳定，只是坠落，一切都在飞翔。这在很大程度上是一种可控的跌倒，“乔伊说。“最后，我们得出结论，黑猩猩下降树的方式可能与体重有关。更大的动量可能会消耗更少的能量，而且它们比进行小的、受限制的运动更有可能安全到达地面。

乔伊是一名越野跑者，在她从事这项研究时是达特茅斯郊游俱乐部的主席，她知道在短时间内从斜坡上滑下来的痛苦感觉，而不仅仅是在重力的拉力下冲下，她的双腿向前伸展，在每一步结束时接住她。

“当我下坡时，我走得越慢，限制我的运动，我就越疲惫。它很快就赶上了我。没有人会认为黑猩猩从树上爬下来的速度和放弃是较重的灵长类动物的首选方法，但我的经验告诉我，它更节能，“她说。

“人类的运动是进化妥协的杰作，”乔伊说。“这种从猿类开始的运动范围增加最终对我们来说非常好。失去它的好处是什么？如果进化选择运动范围较小的人，那会带来什么好处？我看不出失去它有什么好处。