《頭髮:一部趣味人類史》:從海洋移居陸地的護身符——毛髮如何幫助我們進化成現代人?

《頭髮:一部趣味人類史》:從海洋移居陸地的護身符——毛髮如何幫助我們進化成現代人?
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我們想讓你知道的是

失去濃密體毛對人類散熱的能力有重大影響,並以此發展出巨大的大腦。除此之外,毛髮還具有一定的社會作用。三個主要特點把人類與黑猩猩等其他靈長類區分開來:無毛、雙腳直立行走以及以家庭為社會單位。

文:寇特.史坦恩(Kurt Stenn)

毛髮進化論

最初的毛髮產生於類似爬行類的哺乳動物祖先。

任何層面的生物群落——無論是社會層面、細胞層面還是生物體層面——為了生存,都必須把自身與外界區分開來:它們之間必須有一道屏障。就社會層面而言,這道屏障保衛一個國家免受外敵入侵。就細胞層面而言,細胞膜做為另一種屏障,包裹、界定並容納細胞核與細胞質。就生物體層面(例如青蛙、雞和猴子)而言,這道屏障就是它們的皮膚。我們的故事必須從哺乳動物的皮膚講起,這不僅是因為毛髮生長於此,更因為毛髮是皮膚與外界傷害間的緩衝器,增強了皮膚的屏障能力,保護我們免受極端氣溫的傷害並能提前感知環境變遷。

所有的器官,例如毛幹(毛髮纖維)及其毛囊(毛髮纖維生長的根基),都是由三種不同類型的細胞構成的。第一類細胞叫作單體細胞。這類細胞傾向於獨立行動,不與其他細胞形成持久的穩定聯繫。它們游走於全身,主要是做為血細胞單獨在血管中穿梭,起到傳遞物質和資訊的作用。卵子和精子就是這類細胞的典型,它們會在很長的時期內保持單獨活動的狀態;事實上,如果它們總是帶著一群任性的小夥伴的話,就無法完成尋找伴侶的任務。

第二類細胞能夠產生細胞基質。這些細胞基質有的呈液態,有的呈固態,圍繞在細胞周圍。借助細胞基質,這類細胞可以為全身的組織和臟器提供支援;它們能產生膠原蛋白、彈性蛋白、骨骼和軟骨組織。而在皮膚上,這些細胞會產生富含膠原蛋白的深層肌膚,也就是真皮層。

第三類細胞構成上皮組織。這些細胞彼此緊密相連,具有高度的集群性,如果被分開,就會變得躁動不安並尋求與周圍的同類連接。由於它們的連接非常緊密,因此能夠在所有生物的表面形成覆蓋物,比如心臟和肺臟的外膜以及皮膚的表層。不僅如此,這些細胞也構成了許多重要臟器的核心部分,比如唾液腺、肝臟和腎臟。由於上皮組織本質上僅由細胞組成,而通常來說,它們非常柔軟並且需要例如骨骼、軟骨和膠原蛋白等外部結構來支撐。因此,當上皮細胞形成覆蓋物(如皮膚表層)時,就需要一個支撐層——真皮。

哺乳動物的皮膚表層便由多層上皮組織構成,統稱為表皮,它們覆蓋在厚而柔韌的真皮組織上。真皮層內含有各種細胞、神經和血管,為皮膚提供養分。皮膚上的毛髮纖維就是從毛囊裡長出來的,而毛囊就是一塊呈指狀並向下生長的表皮。人類的毛囊最早是在胚胎時期做為一個芽苞形成於原始表皮的底部,這個芽苞向下嵌進真皮層,並由真皮層供給養分。

完全成熟的毛囊由表皮層構成,其中不包括位於表皮底部被稱為「真皮乳突」的膠原凸起。毛囊的表層就像一個可折疊的三層望遠鏡:最內層是固態,構成毛幹;最外層做為細胞屏障,把毛囊與真皮分隔開;中間層在毛髮生長的過程中起承載和塑造作用。從毛囊的一側分生出一塊肌肉,當受到驚嚇或低溫刺激時,肌肉會拉扯毛囊,使毛幹直立起來。毛囊還分生出一個皮脂腺(或稱油脂腺),當毛幹生長出來時,皮脂腺會為毛幹表面分泌油性液體。

除了手掌、腳底和一些特殊部位(例如嘴唇、肛門和男性生殖器)之外,毛髮遍布人體全身。然而即便這樣,人類一直以來還是被稱作「赤裸的猿猴」。這是因為與其他哺乳動物相比,人類的毛髮大多較短、稀疏、顏色淺並且柔軟——就像你前額的毛髮一樣,很難察覺。

如果這就是毛髮的話,那麼接下來的問題就是:我們和其他動物為什麼需要毛髮?毛髮從哪裡來,又是如何幫助我們進化成現代人的?

從海洋移居陸地的護身符

毛髮起源於動物的進化。

地球最早的生命出現在三十五億年前,也就是在這個星球形成的十億年後。最初的生命形式都是單細胞生物——低級、單一並且獨立生活。進化的下一階段歷時二十億年,形成了膠狀的多細胞軟體生物,這些生物能在水中生存、繁殖並隨波漂流到任何地方。然而,要離開液態環境移居陸地的話,它們還需要某種輔助結構:要麼外部細胞硬化,要麼內部細胞產生骨架。前者形成外骨骼,做為體表的保護層,常見於家蠅、小龍蝦和蝸牛中;後者形成內部骨骼,骨骼中有一條分節的脊椎,常見於樹蛙、響尾蛇、袋熊以及人類中。最早的脊骨或者脊柱出現在五億年前的原始魚類身上。之後,這些脊椎動物又花了一億年時間,鼓起勇氣踏出進化過程中決定性的一步——離開海洋登上乾燥的陸地。

從外觀來說,脊椎動物的皮膚結構發生了巨大的變化:外部的上皮層由單層細胞結構變成了多層細胞結構。這對我們的主題具有重大意義,因為構成毛幹和毛囊的眾多細胞只能產生於多層細胞結構。龍蝦做為無脊椎動物,與它的近親蚱蜢(以及它們共同的遠親蚯蚓)都無法產生毛髮,因為它們的表皮是單層結構,但它們有其他的彌補方法。無脊椎動物能為表皮添加非細胞物質,比如黏液(如蛞蝓)、貝殼(如海螺)、甲殼物質(如甲殼蟲),但它們無法像脊椎動物一樣,產生一套緊密連接的表皮細胞。

如果我們將家族譜系向前追溯三億年,會很難辨認出當時的脊椎動物。但形態學和分子學記錄清晰地顯示:我們哺乳動物和爬行動物擁有共同的祖先——一種被稱作「杯龍」(stem reptile)的未知生物。這一同源關係可以在鴨嘴獸處得到證實,因為鴨嘴獸就被歸類為低等哺乳動物。這位東澳大利亞的半水生「居民」產卵,用乳汁哺育後代並且有毛髮。就分類而言,鴨嘴獸有點矛盾:哺乳動物有毛髮,產生乳汁,但它們是胎生而非卵生。很明顯,鴨嘴獸的基因有一部分和哺乳類相同,另一些則和鳥類相同,還有一些和爬行類相同。這種動物反映出早期動物進化過程的一個岔路口。它的基因既反映了原始哺乳動物的特性,又顯示出了對爬行類祖先的繼承性。這些動物的後代繁衍出所有的陸地脊椎動物,包括爬行動物、恐龍、鳥類和哺乳動物。

某種程度上,我們的皮膚及其附屬物可以說是遠古祖先的饋贈。當動物離開原生的海洋環境來到陸地時,它們的皮膚必須在這個危機四伏的新環境裡保護它們免受乾燥空氣、電磁輻射(強光)、氧中毒、身體創傷和極端溫差的傷害。這就需要表皮做出巨大改變:它既要有厚度,又要有強度,還要有防水性。隨著時間的推移,表皮上的分散部位逐漸隆起,並且一層一層折疊起來,從而增強了防護性。就魚類和爬行類而言,它們隆起的部分形成了扁平寬闊的鱗片。就鳥類和哺乳類而言,它們長出了細長的衍生物,這些衍生物組成一束細纖維,從皮膚表面延伸出來。其中鳥類的纖維逐漸分岔並進化成羽毛,而哺乳類則保持原樣,長出針狀的毛髮。

許多年來,關於毛髮起源的觀點眾說紛紜。一個目前很流行的假設是毛髮進化自杯龍的鱗片,其證據是大多數齧齒動物的尾部鱗片連接的地方有細小的毛髮。另一種假設認為,毛髮是從一種腺體裡長出來的,最初的作用是把腺體分泌物帶到皮膚表面。這種觀點基於觀察到所有毛囊都有油脂腺,而角質層的作用就是把油脂散布到皮膚表面,因為早期的動物需要體表的油脂來阻止水分流失。第三種假設和前兩種大同小異,認為毛髮是來自一種類似毛髮的感受器官,常見於魚類和兩棲類的體表。這些器官能提醒魚類注意所處環境的危險,比如正在靠近的捕食者引起的水體波動和前方臨近的障礙物。

事實上,許多證據都證明毛囊和毛幹起到重要的感受器的作用。對老鼠的研究顯示,每種毛髮都有不同的感覺系統,這樣不同的毛髮就能提供不同的感覺。所有毛髮都帶有神經,因此能夠探測運動,而大多數哺乳動物的上唇都有巨大而敏感的觸鬚。對於老鼠來說,這些觸鬚非常重要,甚至已經成為一種「感覺器官」。事實上,這些觸鬚自身具有應激性,一旦受到外界刺激,就會引起毛幹的反應。老鼠在夜間外出時,它的這些觸鬚就成為重要的天線,能夠悄無聲息地探查地形。

毛髮對人類來說也是重要的感覺器官。生活常識告訴我們,手臂上的細毛能準確地感受到接近的行人和夏天熱浪中的微風。而手臂有汗毛的人在感知床蝨方面也比手臂汗毛被剃光的人更準確和高效。

近幾年,我們瞭解到毛囊周圍除了有豐富的神經外,還環繞了許多真皮細胞,這些細胞在適當條件下也能發揮神經的作用。它們含有的蛋白質在神經細胞中也能找到,把這些細胞分離之後進行組織培養,可以成為神經。事實上,當羅伯特・霍夫曼(Robert Hoffman)博士及其研究團隊把這些細胞移植到癱瘓的老鼠身上時,他發現這不僅能幫助老鼠修復神經,還融入新產生的神經裡,使得老鼠恢復行動。

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體溫調節器

毛髮也有調節溫度的作用。一隻烏龜趴在木板上抬頭迎接早晨陽光的情景提醒我們,爬行動物無法從內部產生足夠的熱量。烏龜從沉睡中醒來,爬出它那位於深溪中清冷而安全的巢穴,爬上一塊浮木,然後沐浴在早晨的陽光中——它在那裡晒太陽。和所有冷血動物一樣,烏龜依靠自然界最基本的輻射能源——太陽來獲取熱量。沒有毛髮覆蓋的表皮允許它在白天快速吸收熱量,但同時也使它在夜晚很快地損失熱量。夜晚體溫降低對烏龜來說是有好處的,因為這樣它就不需要通過代價高昂的燃料(即辛苦找來的食物)來保暖。當然,這樣雖然能節省能量,但也導致烏龜在夜間和清晨行動遲鈍。

與爬行動物相比,最早的哺乳動物能在低溫的夜間和清晨捕獵主要得益於兩個優勢。一是它們能通過新陳代謝產生熱量,不需要借助太陽光。二是幾千年來哺乳動物的原始皮膚感受纖維密度增加,形成了高度保溫的皮膚覆蓋物:毛皮外衣。這兩點(溫血和保溫)使得它們能夠在夜間去外溫動物的巢穴裡搜尋食物而在白天避開它們。

熱量會從溫度高的地方流向溫度低的地方,這是所有在凜冬裡跑過步的人都知道的常識:當你站在太陽底下,體溫會升高,而在陰影裡體溫則降低。在這種情況下,太陽的熱能直接通過空氣傳遞給我們,就像晒太陽的烏龜那樣。熱量還能通過直接的身體接觸進行傳遞。例如,吃剛出爐的披薩時你會感覺嘴被燙到了,這是因為熱量從披薩直接傳遞到你嘴上。熱量也能通過水流和氣流來傳遞,這個過程稱為「對流」。比如,當你用吹風機吹頭髮時,吹出的空氣把加熱線圈的熱量帶到你的髮梢就是利用對流。

在以上這些例子中,熱量都是從溫度高的地方傳到我們的身體上。但熱量也可以反方向傳遞,即從我們溫暖的身體傳遞到低溫的外界。康尼島的北極熊俱樂部的骨幹每年都通過用身體來溫暖大西洋冰冷的海水以慶祝新年。這種熱量的傳遞也許當時覺得好玩,但在嚴寒中用不了多久,也就十至二十分鐘,維持生命的功能就會降低,最後甚至會直接停止。

哺乳動物的體溫需要恆定在華氏98.6度(即攝氏37度)左右,而皮膚在維持體溫方面就起到了積極作用。雖然皮膚對哺乳動物身體的增溫沒有幫助,但在減少熱量損失上作用巨大——這裡就不得不提到毛髮了。毛皮能有效阻隔各種形式的熱量傳遞,首先是因為它有著很濃密的毛髮。以海狸皮為例,在一塊手指尖大小的地方就長有四萬根毛髮。這種密度下,毛皮實際上成了密不可破的屏障,冷風、冰水和昆蟲都無法穿透。另外,毛髮還是熱的不良導體——是銅的導熱性的八千分之一。濃密的毛髮還能困住空氣,而空氣的導熱性比毛髮更差。只要毛髮能在皮膚上方保持一個空氣層並阻止其發生對流,就不會有熱量損失。熱量既不能穿過毛髮從皮膚流向外界,也不能從外界流向皮膚。

毛皮表面反映著環境的溫度,而毛皮之下的體表溫度則反映身體的核心溫度。當動物感受到寒冷,毛囊肌肉會把毛幹拉直,增加容納空氣的空間以提高隔熱性。這一行為能增加毛皮厚度,有效提高隔熱性,很多動物都是如此——但人類除外,因為我們已經失去了毛皮。所以當人類覺得冷的時候,雖然會汗毛直立,起雞皮疙瘩,但這古老的條件反射沒什麼用,因為我們的體毛既不夠粗也不夠密,無法維持穩定隔熱的空氣層。

獵豹一直享有「陸地奔跑速度最快的動物」這一美譽,因為它的速度最高可以達到每小時七十一英里(一英里大約為1.6 公里),但這種速度維持不了一分鐘,它的體溫就會升高並迫使它停下來歇息。這樣說不是在貶低獵豹,而是指出毛皮限制了它在熱帶非洲對炎熱的忍耐力。由於毛皮保熱性的限制,獵豹只有為數不多的降低體溫的辦法:它可以停止奔跑,躲進陰涼裡大口喘氣,舔舔爪子或把身體上無毛的部分(主要是爪子和耳朵)裸露在空氣中。如果大草原的溫度和獵豹體溫一樣或者更高,那它就不需要費勁地降溫,因為熱量自然會流向低溫的地方。於是,在這種氣候環境裡,哺乳動物適應環境的能力反而受到毛皮保熱性的阻礙,因為它阻止了熱量以任何形式散發。而這麼高效的覆蓋物肯定會阻礙人類的進化。

原始人為何把濃密體毛進化沒了?

科學家們已經推算出在高溫(華氏104度,即攝氏40度)又有太陽的天氣裡,有濃厚毛皮覆蓋、直立行走的原始人持續行走十至二十分鐘就會中暑,因為他們無法快速散熱。我們的祖先白天需要外出狩獵並生存,還要將體溫保持在華氏98.6度,就需要更好的降溫機制。但這個問題有些複雜,因為人類高效的進化依靠的是大腦(事實上,人類大腦占身體重量的比重是所有動物中最大的),而大腦對體溫升高極其敏感:華氏104度就會中暑,而華氏107度(約攝氏41.7度)大腦就會死亡。另外,大腦的溫度是由身體的核心溫度決定的,任何動物包括人類,降低多餘的核心溫度的方法只有通過皮膚散熱。所以對於進化中的原始人來說,濃密的體毛必須消失。

人們提出了很多觀點解釋原始人體毛的消失。查爾斯・達爾文(Charles Darwin)就提出過一個新奇的假設,他說男性原始人更喜歡沒有體毛的女性,因為沒有體毛看起來更性感。根據這一假設,性選擇逐步導致男性和女性都無毛的現狀。

現在多數研究者認為達爾文的解釋過於簡單。近來最具說服力的觀點是,人類失去濃密體毛是為了保護他們那對溫度敏感到極點的大腦。事實證明在一百萬至三百萬年前,人類開始失去濃密體毛並獲得汗腺,與此同時,原始人的大腦也在不斷增大。這些事件被認為是有關聯的。汗腺的作用就是通過排出汗液(一種主要成分是水的分泌物)控制體溫。一個人可以每小時排出幾升的汗液,而且只要高溫信號還在持續,他就會繼續出汗,直到脫水並休克為止。汗液的重要性可以用物理原理來解釋:水分要蒸發或者由液體變成氣體必須吸收熱量,而且是很多熱量。

事實上,水分蒸發所需的熱量是在室溫下把水煮沸所需總熱量的五倍,所以降溫的關鍵在於要裸露足夠多的體表並有盡可能多的水覆蓋在表面。動物直觀地感受到水的降溫作用,並希望找到利用它的方法。一種方法是喘氣,把布滿血管的潮濕口腔暴露在空氣裡蒸發散熱。另一種方法是用附近的水源或唾液把自己身體無毛的部分弄濕。水分蒸發和身體的排汗使動物即使在外界溫度高於自身溫度的情況下也能降溫。但對有毛皮覆蓋的動物來說,汗液起不到什麼作用,因為毛皮下的水分無法蒸發。同樣的道理,毛皮表面的水分能夠蒸發卻帶不走毛皮底下的熱量。既然排汗對散發熱量和大腦健康至關重要,那麼毛皮就變成了一種阻礙。

失去濃密體毛對人類散熱的能力有重大影響,並以此發展出巨大的大腦。除此之外,毛髮還具有一定的社會作用。三個主要特點把人類與黑猩猩等其他靈長類區分開來:無毛、雙腳直立行走以及以家庭為社會單位。雌性黑猩猩能有效地在廣闊的森林裡為自己和孩子覓食,是因為它們的雙手得到了解放,孩子可以緊緊地抓著母親背上的毛趴在母親背上,不再礙事。而這在光溜溜的人類身上就行不通。由於背上沒有供孩子抓的毛髮,赤裸的人猿媽媽就得一直用雙手抱著孩子,因此極大地限制了她的覓食能力。她需要一個助手,任何家庭成員都行。日本就實大學的須藤鎮世(Shizuyo Sutou)教授提出,父親很可能會充當這個角色,如果他希望自己的後代能順利長大的話。父親為母親和孩子提供食物和保護,做為交換,母親則為父親提供盡可能多的交配機會。所以,以這個假設來看,濃密體毛的消失又衍生出了核心家庭單位。

隨著時間的推移,原始毛囊向不同方向進化,產生了各種不同的毛囊和毛髮類型。最初的毛囊稀疏而細小,長出來的毛幹纖細、短小、筆直。隨著時間的推移,稀疏的毛囊逐漸濃密,於是我們將其命名為「毛皮」。但在毛皮之內和全身上下還有許多不同的毛囊和毛髮類型,而且這些毛髮的特點在今後的故事裡還會發揮更重要的作用。

書籍介紹

本文摘錄自《頭髮:一部趣味人類史》,聯合文學出版

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作者:寇特.史坦恩(Kurt Stenn)
譯者:劉新

你知道我們的頭髮藏了很多秘密嗎?

我們的祖先為何放棄了濃密的體毛?
眉毛為什麼是眉毛,而不是頭髮?
人真的會「一夜白頭」嗎?
出家人為什麼要剃度?
一萬根頭髮能吊起多少個成年人?
頭髮是死細胞,為何會分叉?
理髮師是外科醫生的祖師爺?
……

本書是一部關於毛髮的趣味人類文化史。

作者以頭髮為切入點,梳理古今中外歷史,透過一段段有趣的故事,從歷史、藝術、文化、社會、工業、科學等角度,以幽默風趣的筆觸勾勒出毛髮在人類歷史中所扮演的重要角色:從頭髮起源的生物演變、令人困擾的毛髮疾病,以及毛髮在人類社交過程中表達的政治、社會意涵;從理髮的歷史到製造、使用假髮的種種幕後故事,再到以獲取毛髮(皮)為動機,驅動貪婪的商人開闢新航路,進而改變了世界歷史。

毛髮憑藉其獨特的屬性,影響著人類的進化、社會交往、歷史、工業、經濟、鑑證學和藝術。本書的話題非常廣泛,不僅描述了毛髮在傳遞社交資訊方面的作用,也包含了它對人類歷史、經濟發展、藝術表現、鑑證學、考古學、自然科學和工業的影響。

頭髮_立體
Photo Credit: 聯合文學出版

責任編輯:翁世航
核稿編輯:丁肇九