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“散热器假说”图示。蓝色部分是承担温度调节功能的导静脉及静脉网络。

新闻背景

（神秘的地球）据北京日报：日前有报道称，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究人员，对世界主要人群头面部表面积的纬度分布特点及其与温度的关系进行了研究。研究结果显示：人类头面部的形态特征具有适应性，现代人群头面部表面积在全球范围内有纬度性变化，也与当地温度有密切联系。

很多人都会发现，土生土长的欧洲人多拥有高而圆的头顶、深陷的眼窝、较狭窄的面庞和高耸的鼻梁；非洲人前额比较低，“后脑勺”却很长，整体近似一个倾斜的卵形、鼻梁扁平；寒冷的东北亚地区人群，有扁平而强壮的颧骨，而大部分亚洲人的特征则介于欧洲和非洲人之间。那么，这里面蕴含着什么科学道理吗？

要回答这个问题，我们还要从头说起。

“贝格曼法则”

高纬度人类体型较大四肢粗壮

19世纪，德国生物学家贝格曼发现，哺乳动物和鸟类大致有这样一种分布趋势：同一个类群里生活在高纬度、寒冷地区的成员，体型较大且四肢粗壮；而生活在低纬度、热带地区的成员，体型小而四肢修长。这就是著名的“贝格曼法则”。

体型较大的动物，身体的表面积与体积之比（相对体表面积）较小，因此单位体重所散发到外界的热量就较少。在寒冷地区生活，最大限度地保存热量才能够生存下去。体型较小的动物则相反，它们较大的相对体表面积保证了热量的迅速散发。只有这样的体型，才能在热带地区生存下去，而不受到身体积聚过多热量带来的诸多困扰。

当然，我们人类的体型在全球范围内的差异，也是贝格曼法则的例证。在接近赤道的炎热地区生活的人们，有着纤细的身材和修长的四肢，而东北亚的爱斯基摩人，身材壮硕，四肢也比较粗短。

“散热器假说”

直立行走不利于头部温度调节

几百万年前，当人类的祖先第一次尝试用后肢直立起来，并逐渐形成了直立行走的姿态时，人类与其它四足动物有了根本上的区别。人类拥有了更广阔的视野，解放了双手完成更加精细的活动，智慧得到了开发，脑量也因此急剧扩大。

然而，脑是非常“娇贵”的器官。它消耗大量的营养和氧气，又对外界环境极为敏感，颅内一点点温度变化，都可能带来灾难性的后果。相对体型来讲，我们人类的脑比其它四足动物的体积大得多，因此所需要的“投入”也多得多。更糟的是，人类直立行走的姿态反过来对脑的温度调节造成了不利影响。

当我们从四足行走转变为直立姿态时，体态变化也改变了部分脑血管的流体压力，这些血管除了输送营养与带走代谢废物的功能外，还负责着脑的温度调节。这意味着以前非常有效的温度调节系统，受到了一定影响。从南方古猿开始，人类祖先的颅内发展出了“导静脉”，以及分布在颅骨内外、呈放射状的静脉系统，它们的作用之一就是促进头部与外界、脑与身体其他部分的热量交换，从而调节颅内温度，好比一套由水和管道组成的散热器。这一套温度调节系统，只存在于人类身上，四足行走的灵长类是没有的。这便是美国人类学家福尔克提出的“散热器假说”。

三维激光扫描

精确测量头骨标本表面积

头部的温度调节是如此重要，很多学者认为，人类的某些头面部特征，如头盖部、面部的形状和大小，也许与温度调节相关，并遵循贝格曼法则。但当时，证实这一假设却有巨大的困难：没有技术能够快速、精确地对人类头骨这种复杂的形体进行三维表面积、体积测量。

直至最近十几年，对人类头骨的定量描述，都是依靠各种非常传统的测量仪器（如游标卡尺等），依靠测量者人工读数来完成的。现在，计算机辅助的测量技术，如三维激光表面扫描技术、CT等，使得深入研究成为了可能。

为了探索全球各地人群的头面部形态的分布规律，并探讨这些规律是否与温度调节相关，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究人员，选取亚洲、非洲、欧洲、美洲和大洋洲18个考古遗址出土的295例现代人头骨为研究材料，使用了三维激光表面扫描技术，来精确测量头骨标本的表面积。三维激光表面扫描仪，能够精确记录曲面的形状信息，将这些信息导入三维图像处理软件里，就能快速地建立被扫描物体的三维虚拟模型，能方便地进行各种二维、三维测量。正是利用这种方法，研究者们获取了南北半球多个人群的头盖部、颧骨表面积信息。这项研究发表于《中国科学》上。

准确数据佐证

头面部特征确与温度有关

经过对比后，发现了这样一些清晰的规律，表明人类头面部特征确实与温度调节有关：

高纬度、寒带地区生活的人群，头盖部即“导静脉”系统主要分布的区域，也就是直立时阳光所照射的主要区域，表面积较大；低纬度、热带地区的人群则反之。

以前人们就发现，热带地区人群颅容量显著小于寒带地区人群，有一些科学家们推测这可能与温度调节有关，是贝格曼法则的体现，也是千万年来人类进化的必然趋势。现在我们终于得到了大量有关头部表面积的准确数据，来佐证这一推断。

与此同时，各个人群颧骨表面积在全球不同纬度、气候带的分布，却呈现另一种趋势。不同纬度生活的人群，颧骨表面积的差异并不显著，但颧骨大小却与当地温度密切相关。寒冷地区的人群，颧骨面积较大，而炎热地区人群则相反。研究者们认为，直立状态时颧骨极少接受阳光直射，主要靠对流方式与外界进行热量交换，因此颧骨大小虽然不呈现显著的纬度分布，但仍然与气温有关联，并最终帮助调节颅内温度。另外，除了温度因素，粗糙的食物等生物学因素也能使颧骨变得宽大，这就比头盖部形态的影响因素复杂许多。

延伸阅读

人类演化：有接纳也有保留

8000年前在佛罗里达生活的印第安人，是这次研究里一个特殊的组成部分。

这个印第安部落两万多年前从南西伯利亚迁移到气候温和的佛罗里达，并继续在那里生活了一万多年。令人惊讶的是，他们的头盖部表面积十分接近寒带地区生活的几个人群，却与温带地区的其他人群相去甚远。研究者们推测，这一特征很可能与西伯利亚极端气候有关，是环境长期作用的结果，代表着适应性。较大的头盖部面积在迁入北美前就已经存在了，虽然生活环境发生了极大改变，却仍然被保留下来，表明这些性状能够稳定遗传。

与头盖部不同，印第安人群的颧骨面积与温带地区生活的其他人群非常近似，却与寒带地区人群有显著差异。简单来说，印第安人群的头面部是“温带”和“寒带”的综合体。也许南西伯利亚的极端气候、粗糙食物被佛罗里达的温和环境取代之后，经过成百上千年的世代交替，最初迁徙者的后代们面部形状已经渐渐向温带地区人群靠拢了，但仍然和祖先一样，保持着较大的头盖部。

一个远途迁移到陌生环境的人群，既保留了一部分适应原先居住地环境的体质特征，又产生了一些衍生特征，印第安人并不是唯一的例证。密苏里大学的研究者们就发现，通过寒冷的北亚，迁移到温暖的北海道地区的绳纹人，就同时拥有较为壮硕的身材和修长的四肢。他们推断，壮硕的身材来自绳纹人的北亚祖先们，而修长的四肢则是北海道温暖环境带来的新特征。

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