我們每天用雙腿走路,但很少認真想過:這件事憑什麼能做到?
過去的研究認為,人類為了要用兩腿站起來走路,女性會面臨所謂的「產科困境(obstetrical dilemma)」:若兩腿距離夠近,雖然可以快速奔跑,但會造成骨盆開口狹窄,於是就生不出小孩(難產);若兩腿距離太遠,雖然不會難產,但是卻會跑不動,於是就會變成掠食者的「點心」。
但是,有些科學家並不完全同意所謂的「產科困境」。他們覺得,演化應該不是那麼簡單,應該還有其他的因素影響到我們之所以能用雙腿走路。
因此,哈佛大學以及其他學校的科學家所組成的研究團隊,整合了多重證據,包括:
胚胎與胎兒的組織學切片
單細胞基因體學與空間轉錄體學
比較基因體學(含人類加速區域 HARs)
化石與現生靈長類對照
藉此來追蹤人類骨盆在發育過程中如何出現關鍵的形態轉折。
他們發現,和黑猩猩那種長條狀的髂骨(ilium,就是構成骨盆的那塊骨頭)相比,人類的髂骨又短又寬,就像一個碗,不只讓身體在走路時保持平衡,還能撐住內臟,甚至為大腦和肩膀寬大的嬰兒提供「產道」。可是,這個碗到底是怎麼演化出來的?研究團隊發現,人類骨盆的形成其實靠兩個關鍵創新。
第一步:軟骨細胞改變排列方向
在大多數哺乳動物,包括黑猩猩和老鼠,髂骨的軟骨細胞都是上下排列,骨頭就會長高。但是人類胚胎在懷孕約第45–72天時,研究團隊發現,我們髂骨的軟骨生長板忽然轉向水平排列,沿著前後(橫向)擴張。於是軟骨就可以沿著左右方向增生。結果就是:骨頭變矮,但變得更寬(如上圖)。
這就像原本要直直往上蓋的「摩天大樓」,忽然改成往左右擴張的「平房」。
他們發現,這個轉向和基因有關,包括SOX9、PTH1R、ZNF521。它們就像工地裡的監工,決定牆要往哪裡推、地基要怎麼擴。當這些基因出了問題,就會出現骨盆狹窄或畸形的疾病。而在人類,這些基因決定軟骨細胞由直變橫,讓我們的骨盆長成一個「碗」。
第二步:骨化延遲,慢慢來
第二個創新發生在髂骨的骨化過程。其他哺乳動物的髂骨會從中間開始往內快速骨化,就像水泥灌入模具,迅速凝固。但在人類,骨化卻是從後側邊緣慢慢開始,先在外圍鋪一圈,內部要很晚才填滿。
這就像先在房子外牆慢慢抹灰,而不是立刻把裡面鋼筋水泥全澆死。這種「延遲骨化」給了骨盆更多時間與空間往前、往外擴張,長出更寬廣的形狀。
研究團隊發現,這一步與RUNX2 以及 FOXP1/2相關,它們負責控制骨化的速度和發生的地點。
發生這些事件,對我們有什麼影響呢?
研究團隊認為,這樣的骨盆提供了臀肌與股直肌的新「掛鉤點」。像髂前下棘(AIIS)這個結構,就成為大腿抬起與走路平衡的重要支點。
那麼,這些變化是多久以前發生的?如何發生?研究團隊提出了三步驟演化模型——
首先,大約在800–500萬年前,髂骨生長方向開始轉橫;而這個變化讓早期人類能「偶爾」用雙腳行走。
到了500–200萬年前,骨化模式轉移到後側並固定下來,對應當時的人類「必須雙足行走」的階段。
最後,在200萬年前到現在,骨化延遲進一步發生,允許骨盆變得更大,於是我們不僅可以跑得更穩,也能應付大頭與寬肩膀嬰兒的誕生。(當然,相對於其他動物,人類嬰兒的出生對媽媽還是很高風險的,所以才有「生得過,雞酒香;生不過,四塊板」的這種說法。
總而言之,人類能站起來兩條腿走路,並不是因為單一基因突變,而是靠一整套基因調控網路的「雙重創新」:
先讓髂骨「長橫不長高」,
再讓骨化「外牆先蓋,內部晚一點」。
這種結合,使得人類骨盆不只適合直立行走,也能在演化壓力下兼顧生育與運動需求。簡單來說,骨盆是人類成功走上演化舞台的秘密武器。
參考文獻:
Senevirathne, G., Fernandopulle, S. C., Richard, D., Baumgart, S. L., Christensen, A. L., Fabbri, M., Höppner, J., Jüppner, H., Li, P., Bothe, V., Fröbisch, N., Simcock, I., Arthurs, O. J., Calder, A., Freilich, N., Nowlan, N. C., Glass, I. A., Craft, A., & Capellini, T. D. (2025). The evolution of hominin bipedalism in two steps. Nature. https://doi.org/10.1038/s41586-025-09399-9