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跑步與人類進化 姜廣策

    在今天，提起跑步，你首先想到的可能是鍛鍊身體的手段，或是電視上奧運會的競技場面。也許在世界的某些偏遠地區，還會有人用跑步的方式來追趕獵物，但這早已不是當今世界人類跑步的主要目的。
    然而，跑步對於人類的意義遠比表面上看來的要深遠得多。比如，現在有研究者認為，跑步曾經促進人類進化，特別是為人類大腦的發展起到了關鍵的作用，而困擾現代人的一些慢性病，可能也與跑步的減少密切相關。
 
人類生來就要奔跑
    對於神經科學家來說，人類大腦的進化過程是一個有趣的問題。正如美國加州大學洛杉磯分校的吉納維芙·科諾普卡（Genevieve Konopka）及同事在《神經元》雜誌的一篇論文開篇所說：「想要理解人類的獨特性，就需要以深入研究人類大腦的特性為開端。」
    科學家有幾種不同的途徑來做到這一點，包括神經解剖學的對比，行為學的對比，以及對已經滅絕的物種的化石進行研究。近年來，新的研究途徑加入到了這一行 列，即通過基因測序對基因組進行比較。比如已經有研究對照了人和老鼠的基因組，以及人和黑猩猩的基因組。後者發現人與黑猩猩在基因上的不同之處比之前認為 的要多四倍。
    幾百萬年前，人類的祖先的身體結構更適合生活在樹上。那個時候，非洲大陸也正是森林覆蓋的環境。而在隨後的時間裡，非洲的環境出現了巨大的變化，樹變得越來越稀少，開闊的草原越來越多。自然的力量迫使人類祖先從樹上下來，開始在平地上活動。
    南非開普敦大學專門研究運動科學的教授提姆·諾克斯（Timothy Noakes）與法國藥理學家邁克爾·斯佩丁（Michael Spedding）最近在《自然》雜誌上發表了一篇文章，指出這樣的環境變化讓人類必須靠奔跑來獲取獵物，或者可以說，人類生來就是要奔跑的。
    在2004年發表在《自然》雜誌的一項研究中，科學家發現人類適於長跑的骨骼結構早在兩百萬年前就開始形成了。這些早期人類發展出了更長的腿，更短的腳趾，更長的腳後跟肌腱，更寬的肩膀，還有更強壯的臀大肌。與四腿動物相比，人類並不善於短跑，但是耐力很好，適合長跑。
    諾克斯等人特別指出了一件有趣的事情。四腿動物是要靠喘氣散熱的，而它們無法在奔跑的同時通過喘氣散熱。人類就不同了。散熱的效率要比那些四腿動物高得 多，不僅可以通過喘氣，還可以通過排汗，最多時一小時可以排出3升的汗水。長跑三個小時的人可以失掉10%的體重還不出問題。正是由於這種差異，原始人類 可以通過長跑追逐獵物，直至獵物中暑，進而將其捕獲。
    在捕獵的過程中，原始人類個體之間，包括不同家族之間都需要發展他們的社交技巧，以便聯合起來孤立和捕獲獵物。「在一個相對短的時間裡，我們的祖先的骨骼、大腦、空間跟蹤能力、溝通能力和散熱能力發生了巨大的改變，讓他們能夠佔據一個非常不同的生態位。」諾克斯等人寫道。
 
走路改善大腦
    與原始人類相比，現在的人不需要再為了吃到肉而去奔跑幾個小時。一個人身體的強壯程度在社會中也已經不顯出突出的重要性，而聰明程度似乎更加影響一個人的生活質量和前程。許多人因而也開始十分重視鍛鍊他們的大腦。
    五花八門增進智商或是鍛鍊大腦的方法也就應運而生。1993年《自然》雜誌發表了一篇聽莫扎特的音樂可以提高智商的文章，這篇文章經媒體報導和渲染之後讓 這一說法廣為傳播，提高智商的音樂CD成了熱賣產品。另一種無從考證淵源的說法是人類只利用了10%的大腦，還有90%的潛力沒有被開發出來。各種用來訓 練大腦的遊戲和謎題被開發和販賣，目的或者是為了增進兒童的智力，或者是對抗正在衰老的大腦。然而，這其中除了電子遊戲被證明似乎有一定作用之外，其他充 其量只是讓人對某項特定技巧更加熟練，而無助於其他不相干的腦力活動。
    所有這些努力，或是想以一種坐在家裡不用動的方式來改善大腦，或是直接用大腦活動來鍛鍊大腦。到頭來科學家卻發現，真正有助於改善大腦的方式並不是直接的腦力鍛鍊，而是進行身體活動，比如走路和跑步。
    美國伊利諾伊大學的阿特·克雷默（Art Kramer）在研究中發現，每週三次，每次走路45分鐘，就能夠顯著提高人的事件記憶能力和執行控制能力。他的這項研究發表在《自然》雜誌上，是目前身 體鍛鍊能夠提高認知水平的最著名實驗之一。他將127名受試人員隨機分成兩組，在六個月的時間裡，其中一組每週做幾個小時的走路運動，另一組做相應時長的 伸展鍛鍊。不出所料的是，所有人員的身體狀況都變好了；出人意料的是，做走路鍛鍊的人在某些認知任務的表現上——比如做計劃和多任務——出現明顯提高，而 只做伸展的就沒有該變化。
    克雷默實驗中的受試者都是老年人，他們大腦中的灰質正在減少，而科學家普遍的猜測是大腦灰質減少與認知功能下降有關。克雷默還用核磁共振掃瞄了所有受試者的大腦，發現經過走路鍛鍊的人灰質流失較少。
    哈佛大學的神經科學家克里斯托弗·查布利斯（Christopher Chabris）和伊利諾伊大學的神經科學家丹尼爾·西蒙斯（Daniel Simons）在《看不見的大猩猩》一書中解釋這一現象時說：「儘管兩種運動對你的身體都有好處，會讓你整體上達到更好的健康狀況，但有氧運動對增進你的心臟健康和增加大腦血流更為有效。」
 
缺乏跑步與現代疾病
    在根本上，走路和跑步等有氧運動對大腦的改善作用可能與「腦源性神經營養因子」（BDNF）有關。BDNF是一種蛋白質，主要作用於中樞神經系統中某些特 定的神經元，能夠幫助神經元存活，促進神經元生長，促進新神經元和突觸的分化。BDNF儘管在名稱上有「腦源性」三個字，但實際上在一些組織和細胞中也有 分佈。
    諾克斯等人就認為，有氧運動能夠促進BDNF在人體中的循環。相反，假如人缺乏有氧運動，一些疾病可能就會出現。現代社會困擾人們的糖尿病、肥胖症、精神疾病和神經元退行性病變可能就與此相關。
    已經有研究發現，缺乏BDNF的小鼠會變得肥胖，BDNF和二型糖尿病之間也有強烈的關聯。
   「在人類需要使用更多腦力追蹤獵物的時候，BDNF的增加可能為海馬區和前額皮質的建立提供了幫助。」諾克斯和斯佩丁寫道。大腦的這兩個區域在人的記憶、 決定、恐懼和情緒方面都起到關鍵的作用。前額皮質也有精神紊亂有強烈的關聯。「不出所料的是，在壓力和精神紊亂，以及老年痴呆症的情況下，海馬區和皮質區 的BDNF出現了減少。綜合而言，我們認為鍛鍊增加了大腦關鍵區域的BDNF，這反過來幫助人們遠離精神疾病，包括暴力行為。」
    諾克斯和斯佩丁2010年在英國的一個體育會議上相識，諾克斯跑過70場馬拉松和超馬拉松，斯佩丁累計跑過10萬公里。他們由此開始通信，最終形成了以上理論，並在倫敦奧運會開幕前夕發表在《自然》雜誌上。