第1 章
毛發(fā)進(jìn)化論
最初的毛發(fā)產(chǎn)生于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(xì)胞層面還是生物體層面——為了生存，都必須把自身與外界區(qū)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(wèi)一個國家免受外敵入侵。就細(xì)胞層面而言，細(xì)胞膜作為另一種屏障，包裹、界定并容納細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)。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，這不僅是因為毛發(fā)生長于此，更因為毛發(fā)是皮膚與外界傷害間的緩沖器，增強(qiáng)了皮膚的屏障能力，保護(hù)我們免受極端氣溫的傷害并能提前感知環(huán)境變遷。
所有的器官，例如毛干（毛發(fā)纖維）及其毛囊（毛發(fā)纖維生長的根基），都是由三種不同類型的細(xì)胞構(gòu)成的。第一類細(xì)胞叫作單體細(xì)胞。這類細(xì)胞傾向于獨立行動，不與其他細(xì)胞形成持久的穩(wěn)定聯(lián)系。它們游走于全身，主要是作為血細(xì)胞單獨在血管中穿梭，起到傳遞物質(zhì)和信息的作用。卵子和精子就是這類細(xì)胞的典型，它們會在很長的時期內(nèi)保持單獨活動的狀態(tài)；事實上，如果它們總是帶著一群任性的小伙伴的話，就無法完成尋找伴侶的任務(wù)。毛發(fā)結(jié)構(gòu)示意圖，位于皮膚中間的就是毛囊。（由耶魯大學(xué)的馬克•塞巴繪制并授權(quán)使用）
第二類細(xì)胞能夠產(chǎn)生細(xì)胞基質(zhì)。這些細(xì)胞基質(zhì)有的呈液態(tài)，有的呈固態(tài)，圍繞在細(xì)胞周圍。借助細(xì)胞基質(zhì)，這類細(xì)胞可以為全身的組織和臟器提供支持；它們能產(chǎn)生膠原蛋白、彈性蛋白、骨骼和軟骨組織。而在皮膚上，這些細(xì)胞會產(chǎn)生富含膠原蛋白的深層肌膚，也就是真皮層。
第三類細(xì)胞構(gòu)成上皮組織。這些細(xì)胞彼此緊密相連，具有高度的集群性，如果被分開，就會變得躁動不安并尋求與周圍的同類連接。由于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(xì)胞也構(gòu)成了許多重要臟器的核心部分，比如唾液腺、肝臟和腎臟。由于上皮組織本質(zhì)上僅由細(xì)胞組成，而通常來說，它們非常柔軟并且需要例如骨骼、軟骨和膠原蛋白等外部結(jié)構(gòu)來支撐。因此，當(dāng)上皮細(xì)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(gòu)成，統(tǒng)稱為表皮，它們覆蓋在厚而柔韌的真皮組織上。真皮層內(nèi)含有各種細(xì)胞、神經(jīng)和血管，為皮膚提供養(yǎng)分。皮膚上的毛發(fā)纖維就是從毛囊里長出來的，而毛囊就是一塊呈指狀并向下生長的表皮。人類的毛囊最早是在胚胎時期作為一個芽苞形成于原始表皮的底部，這個芽苞向下嵌進(jìn)真皮層，并由真皮層供給養(yǎng)分。
完全成熟的毛囊由表皮層構(gòu)成，其中不包括位于表皮底部被稱為“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(yuǎn)鏡：最內(nèi)層是固態(tài)，構(gòu)成毛干；最外層作為細(xì)胞屏障，把毛囊與真皮分隔開；中間層在毛發(fā)生長的過程中起承載和塑造作用。從毛囊的一側(cè)分生出一塊肌肉，當(dāng)受到驚嚇或低溫刺激時，肌肉會拉扯毛囊，使毛干直立起來。毛囊還分生出一個皮脂腺（或稱油脂腺），當(dāng)毛干生長出來時，皮脂腺會為毛干表面分泌油性液體。
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，毛發(fā)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，人類的毛發(fā)大多較短、稀疏、顏色淺并且柔軟——就像你前額的毛發(fā)一樣，很難察覺。如果這就是毛發(fā)的話，那么接下來的問題就是：我們和其他動物為什么需要毛發(fā)？毛發(fā)從哪里來，又是如何幫助我們進(jìn)化成現(xiàn)代人的？
從海洋移居陸地的護(hù)身符
毛發(fā)起源于動物的進(jìn)化。
地球最早的生命出現(xiàn)在35 億年前，也就是在這個星球形成的10 億年后。最初的生命形式都是單細(xì)胞生物——低級、單一并且獨立生活。進(jìn)化的下一階段歷時20 億年，形成了膠狀的多細(xì)胞軟體生物，這些生物能在水中生存、繁殖并隨波漂流到任何地方。然而，要離開液態(tài)環(huán)境移居陸地的話，它們還需要某種輔助結(jié)構(gòu)：要么外部細(xì)胞硬化，要么內(nèi)部細(xì)胞產(chǎn)生骨架。前者形成外骨骼，作為體表的保護(hù)層，常見于家蠅、小龍蝦和蝸牛中；后者形成內(nèi)部骨骼，骨骼中有一條分節(jié)的脊椎，常見于樹蛙、響尾蛇、袋熊以及人類中。最早的脊骨或者脊柱出現(xiàn)在5 億年前的原始魚類身上。之后, 這些脊椎動物又花了1 億年時間, 鼓起勇氣踏出進(jìn)化過程中決定性的一步——離開海洋登上干燥的陸地。
從外觀來說，脊椎動物的皮膚結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大的變化：外部的上皮層由單層細(xì)胞結(jié)構(gòu)變成了多層細(xì)胞結(jié)構(gòu)。這對我們的主題具有重大意義，因為構(gòu)成毛干和毛囊的眾多細(xì)胞只能產(chǎn)生于多層細(xì)胞結(jié)構(gòu)。龍蝦作為無脊椎動物，與它的近親蚱蜢（以及它們共同的遠(yuǎn)親蚯蚓）都無法產(chǎn)生毛發(fā)，因為它們的表皮是單層結(jié)構(gòu)，但它們有其他的彌補(bǔ)方法。無脊椎動物能為表皮添加非細(xì)胞物質(zhì)，比如黏液（如蛞蝓）、貝殼（如海螺）、甲殼物質(zhì)（如甲殼蟲），但它們無法像脊椎動物一樣，產(chǎn)生一套緊密連接的表皮細(xì)胞。
如果我們將家族譜系向前追溯3 億年，會很難辨認(rèn)出當(dāng)時的脊椎動物。但形態(tài)學(xué)和分子學(xué)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(guān)系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(chǎn)卵，用乳汁哺育后代并且有毛發(fā)。就分類而言，鴨嘴獸有點矛盾：哺乳動物有毛發(fā)，產(chǎn)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(jìn)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。這些動物的后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(yuǎn)古祖先的饋贈。當(dāng)動物離開原生的海洋環(huán)境來到陸地時，它們的皮膚必須在這個危機(jī)四伏的新環(huán)境里保護(hù)它們免受干燥空氣、電磁輻射（強(qiáng)光）、氧中毒、身體創(chuàng)傷和極端溫差的傷害。這就需要表皮作出巨大改變：它既要有厚度，又要有強(qiáng)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，并且一層一層折疊起來，從而增強(qiáng)了防護(hù)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(xì)長的衍生物，這些衍生物組成一束細(xì)纖維，從皮膚表面延伸出來。其中鳥類的纖維逐漸分叉并進(jìn)化成羽毛，而哺乳類則保持原樣，長出針狀的毛發(fā)。
許多年來，關(guān)于毛發(fā)起源的觀點眾說紛紜。一個目前很流行的假設(shè)是毛發(fā)進(jìn)化自杯龍的鱗片，其證據(jù)是大多數(shù)嚙齒動物的尾部鱗片連接的地方有細(xì)小的毛發(fā)。另一種假設(shè)認(rèn)為，毛發(fā)是從一種腺體里長出來的，最初的作用是把腺體分泌物帶到皮膚表面。這種觀點基于觀察到所有毛囊都有油脂腺，而角質(zhì)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(shè)和前兩種大同小異，認(rèn)為毛發(fā)是來自一種類似毛發(fā)的感受器官，常見于魚類和兩棲類的體表。這些器官能提醒魚類注意所處環(huán)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(jù)都證明毛囊和毛干起到重要的感受器的作用。對老鼠的研究顯示，每種毛發(fā)都有不同的感覺系統(tǒng)，這樣不同的毛發(fā)就能提供不同的感覺。所有毛發(fā)都帶有神經(jīng)，因此能夠探測運動，而大多數(shù)哺乳動物的上唇都有巨大而敏感的觸須。對于老鼠來說，這些觸須非常重要，甚至已經(jīng)成為一種“感覺器官”。事實上，這些觸須自身具有應(yīng)激性，一旦受到外界刺激，就會引起毛干的反應(yīng)。老鼠在夜間外出時，它的這些觸須就成為重要的天線，能夠悄無聲息地探查地形。
毛發(fā)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(xì)毛能準(zhǔn)確地感受到接近的行人和夏天熱浪中的微風(fēng)。而手臂有汗毛的人在感知床虱方面也比手臂汗毛被剃光的人更準(zhǔn)確和高效。
近幾年，我們了解到毛囊周圍除了有豐富的神經(jīng)外，還環(huán)繞了許多真皮細(xì)胞，這些細(xì)胞在適當(dāng)條件下也能發(fā)揮神經(jīng)的作用。它們含有的蛋白質(zhì)在神經(jīng)細(xì)胞中也能找到，把這些細(xì)胞分離之后進(jìn)行組織培養(yǎng)，可以成為神經(jīng)。事實上，當(dāng)羅伯特•霍夫曼（Robert Hoffman）博士及其研究團(tuán)隊把這些細(xì)胞移植到癱瘓的老鼠身上時，他發(fā)現(xiàn)這不僅能幫助老鼠修復(fù)神經(jīng)，還融入新產(chǎn)生的神經(jīng)里，使得老鼠恢復(fù)行動。
體溫調(diào)節(jié)器
毛發(fā)也有調(diào)節(jié)溫度的作用。一只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(nèi)部產(chǎn)生足夠的熱量。烏龜從沉睡中醒來，爬出它那位于深溪中清冷而安全的巢穴，爬上一塊浮木，然后沐浴在早晨的陽光中——它在那里曬太陽。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。沒有毛發(fā)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?fù)p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(dāng)然，這樣雖然能節(jié)省能量，但也導(dǎo)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于兩個優(yōu)勢。一是它們能通過新陳代謝產(chǎn)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里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，這是所有在凜冬里跑過步的人都知道的常識：當(dāng)你站在太陽底下，體溫會升高，而在陰影里體溫則降低。在這種情況下，太陽的熱能直接通過空氣傳遞給我們，就像曬太陽的烏龜那樣。熱量還能通過直接的身體接觸進(jìn)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(dāng)你用吹風(fēng)機(jī)吹頭發(fā)時，吹出的空氣把加熱線圈的熱量帶到你的發(fā)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?？颇釐u的北極熊俱樂部的骨干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(dāng)時覺得好玩，但在嚴(yán)寒中用不了多久，也就10 ～ 20 分鐘，維持生命的功能就會降低，最后甚至?xí)苯油Ｖ埂?p/>
哺乳動物的體溫需要恒定在98.6 華氏度左右，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——這里就不得不提到毛發(fā)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發(fā)。以海貍皮為例，在一塊手指尖大小的地方就長有4 萬根毛發(fā)。這種密度下，毛皮實際上成了密不可破的屏障，冷風(fēng)、冰水和昆蟲都無法穿透。另外，毛發(fā)還是熱的不良導(dǎo)體——是銅的導(dǎo)熱性的八千分之一。7 濃密的毛發(fā)還能困住空氣，而空氣的導(dǎo)熱性比皮毛更差。只要皮毛能在皮膚上方保持一個空氣層并阻止其發(fā)生對流，就不會有熱量損失。熱量既不能穿過皮毛從皮膚流向外界，也不能從外界流向皮膚。毛皮表面反映著環(huán)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(dāng)動物感受到寒冷，毛囊肌肉會把毛干拉直，增加容納空氣的空間以提高隔熱性。這一行為能增加皮毛厚度，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(jīng)失去了毛皮。所以當(dāng)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么用，因為我們的體毛既不夠粗也不夠密，無法維持穩(wěn)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(yù)，因為它的速度最高可以達(dá)到每小時71 英里[1]，但這種速度維持不了1 分鐘，它的體溫就會升高并迫使它停下來歇息。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。由于皮毛保熱性的限制，獵豹只有為數(shù)不多的降低體溫的辦法：它可以停止奔跑，躲進(jìn)陰涼里大口喘氣，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。于是，在這種氣候環(huán)境里，哺乳動物適應(yīng)環(huán)境的能力反而受到皮毛保熱性的阻礙，因為它阻止了熱量以任何形式散發(fā)。而這么高效的覆蓋物肯定會阻礙人類的進(jìn)化。
原始人為何把濃密體毛進(jìn)化沒了？
科學(xué)家們已經(jīng)推算出在高溫（104 華氏度[2]）又有太陽的天氣里，有濃厚皮毛覆蓋、直立行走的原始人持續(xù)行走10 ～ 20 分鐘就會中暑，因為他們無法快速散熱。9 我們的祖先白天需要外出狩獵并生存，還要將體溫保持在98.6 華氏度，就需要更好的降溫機(jī)制。但這個問題有些復(fù)雜，因為人類高效的進(jìn)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：104 華氏度就會中暑，而107 華氏度[1] 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，降低多余的核心溫度的方法只有通過皮膚散熱。所以對于進(jìn)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(dá)爾文（Charles Darwin）就提出過一個新奇的假設(shè)，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(jù)這一假設(shè)，性選擇逐步導(dǎo)致男性和女性都無毛的現(xiàn)狀。
現(xiàn)在多數(shù)研究者認(rèn)為達(dá)爾文的解釋過于簡單。近來最具說服力的觀點是，人類失去濃密體毛是為了保護(hù)他們那對溫度敏感到極點的大腦。事實證明在100 萬～ 300 萬年前，人類開始失去濃密體毛并獲得汗腺，與此同時，原始人的大腦也在不斷增大。這些事件被認(rèn)為是有關(guān)聯(lián)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(xù)，他就會繼續(xù)出汗，直到脫水并休克為止。汗液的重要性可以用物理原理來解釋：水分要蒸發(fā)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(fā)所需的熱量是在室溫下把水煮沸所需總熱量的5 倍，所以降溫的關(guān)鍵在于要裸露足夠多的體表并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，并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里蒸發(fā)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(fā)和身體的排汗使動物即使在外界溫度高于自身溫度的情況下也能降溫。但對有皮毛覆蓋的動物來說，汗液起不到什么作用，因為皮毛下的水分無法蒸發(fā)。同樣的道理，皮毛表面的水分能夠蒸發(fā)卻帶不走皮毛底下的熱量。既然排汗對散發(fā)熱量和大腦健康至關(guān)重要，那么皮毛就變成了一種阻礙。
失去濃密體毛對人類散熱的能力有重大影響，并以此發(fā)展出巨大的大腦。除此之外，毛發(fā)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(qū)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里為自己和孩子覓食，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。由于背上沒有供孩子抓的毛發(fā)，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(xué)的須藤靜世（Shizuyo Sutou）教授提出，父親很可能會充當(dāng)這個角色，如果他希望自己的后代能順利長大的話。父親為母親和孩子提供食物和保護(hù)，作為交換，母親則為父親提供盡可能多的交配機(jī)會。所以，以這個假設(shè)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(jìn)化，產(chǎn)生了各種不同的毛囊和毛發(fā)類型。最初的毛囊稀疏而細(xì)小，長出來的毛干纖細(xì)、短小、筆直。隨著時間的推移，稀疏的毛囊逐漸濃密，于是我們將其命名為“皮毛”。但在皮毛之內(nèi)和全身上下還有許多不同的毛囊和毛發(fā)類型，而且這些毛發(fā)的特點在今后的故事里還會發(fā)揮更重要的作用。
