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新的研究显示,人类进化的几千年来,从农业的发明开始,从觅食到养殖的转变,我们越来越久坐的生活方式已使我们的骨骼变得更轻、更脆弱。
这项新的研究发表在《美国科学院院报》(PNAS)杂志上,研究表明,大约7000年前,人类的狩猎者的骨骼强度与当代猩猩相近,而6000年以后,来自同一地区农民的骨骼明显更轻更脆弱,更容易折断。
觅食者的骨量高20%左右——相当于普通人在失重的太空中3个月失去的骨量。
排除了饮食差异、身体尺寸变化的可能原因,研究人员得出结论,在身体活动的减少是人类几千年来骨强度退化的根本原因。研究者说如今人们的体力活动比以前少了很多,骨强度退化是一个趋势,并趋向危险的水平。
研究人员认为,这些发现支持了锻炼是防止今后生活中骨折风险增加,以及预防疾病如骨质疏松症的关键,而不是饮食。年轻时多锻炼能够骨强度在30岁左右达到一个更高的峰值,随着年龄的增加,骨质减少是不可避免的,早期锻炼的意在于减少骨质减少所带来的不利影响。
研究人员说,事实上,没有解剖学原因解释为什么出生在现代的人不能达到猩猩或早期觅食者的骨强度;即使是先存最活跃的人也不能赋予骨头足够频繁和激烈的应力来使骨强度增加,也不能达到传统的狩猎者和非人类的灵长类动物的骨强度峰值。
“当代人类生活在一个文化和技术环境与我们的进化适应不相容。有七百万年,原始人类不断进化,通过活动和体力劳动生存,但在过去50到100年,我们已经变得那么久坐——这是非常危险的。”合著者Colin Shaw博士说,来自剑桥大学的表型适应性、变异和进化(PAVE)研究组。
“坐在车里或在桌子前不应是我们进化成的样子。”
研究人员利用X线检测了考古记录中的人体股骨的标本,以及从其他灵长类动物的股骨,重点对股骨头—适合于骨盆形成髋关节股骨顶端的球,一个最承重的骨连接体。
两种组织形成骨骼:一种是骨皮质或“硬骨”位于外层,另一种是骨小梁或“海绵状骨”:蜂窝状组织被包裹在骨皮质外壳内,以保持灵活性,但同时也容易骨折。
研究人员分析了从四个不同区域的考古人类群体代表原始猎人-采集者,及久坐不动的农业者股骨头的骨小梁,都采集自美国伊利诺斯州的同一地区(目的是基因上相近)。
骨小梁结构在所有人群中非常相似,只有一个明显的例外:网格结构,猎人-采集者实际骨量更高,相对空气。
“骨小梁骨比其他骨有更大的可塑性,改变形状和方向取决于施加其上的负载;其通过变细或变成杆状甚至几乎变成盘状来改变结构。在狩猎者的骨头中,一切都被加厚。”Shaw说。
这种增厚缘于狩猎者在寻求食物的过程中,在野外跋涉从而持续对骨骼施加负荷。这场持续一生的激烈运动会导致轻微的损伤引起的骨的网状结构变得更强壮,更厚实——达到骨强度的峰值来对抗平衡随着年龄增长的骨骼退化。
Shaw认为,我们要从史前人的骨骼中得到宝贵的教训。“你完全可以改变甚至你的骨头也可以改变,使它们更有效地应对压力和应力。例如髋部骨折,如果你在年轻时积累了很好的骨强度,那么即使年龄增长骨骼退化也不至于退化到非常容易发生骨折的水平。”
其他关于人类进化更轻,更脆弱的骨骼原因包括饮食的变化或选择更高效,更轻便骨骼的变化的理论,从来没有被推翻。
初始的农业化导致了人类健康的下降,由于饮食单一,缺乏多样性,在历史的这一阶段种群测试不起作用。“当然我们需要钙的水平来维持骨骼健康,但过多的钙也没有必要。”Shaw说。
一些理论认为在人类进化的某些节点,可能由于食物不足以支持骨骼的密度,从而我们的骨头变得更轻,这项研究则与其相悖。“如果这些理论是真的,那么人类骨骼会完全区别于其他现存的灵长类动物。我们已经展示了原始狩猎者与灵长类动物在体型上近似。现代人类骨骼并非系统性脆弱;我们也不被解剖学所限制。”
“事实上,我们人类可以向原始人一样健壮。我们现在没有那么健壮是因为我们没有赋予骨骼足够的负荷,骨骼就趋向脆弱。从而随着我们年龄增加,骨折的情况增加,而先人则没有这种困扰。”Shaw说。
7000年前的觅食者的骨骼远比700年前的农业者强壮,更不用说与更早的15万年前的原始人的骨骼比较了。Shaw说,“在远古时代,某些特定的原因造就了祖先强壮的骨骼,以致于在最近的1万年间仍呈压倒性优势。”
Shaw的研究团队下一步将关注不同类型的负荷及活动对身体及骨骼的塑造,通过交叉对比考古学记录及当代极限马拉松运动者进行研究。这些运动者经历了各种地形及严酷的距离,从喜马拉雅山脉到纳米比亚沙漠。他希望今后的研究能够揭示究竟是何种运动赐予了我们的远古祖先如此强壮的身体。
Journal Reference:Timothy M. Ryan and Colin N. Shaw.Gracility of the modern Homo sapiens skeleton is the result of decreased biomechanical loading.PNAS, December 22, 2014 DOI:10.1073/pnas.1418646112