研究人员认为，在赤道非洲，早期人类进化出的卷发是一种至关重要的适应特征，它能有效地保护人类免受太阳的高温，并最大限度地减少出汗的需要。这种被动冷却机制可能通过节约水和减少热量来促进大脑的生长。这项研究为头发质地的进化作用提供了新的见解。
紧密卷曲的头皮头发保护了早期人类免受太阳辐射热的伤害，使他们的大脑发育到与现代人类相当的大小。
据研究人类头发结构在调节体温中的作用的研究人员称，卷发不仅仅是看起来好看，它还可以解释早期人类如何在保持水分的同时保持凉爽。这一发现可以揭示人类大脑发育到现代大小的进化适应过程。
宾夕法尼亚州立大学埃文·皮尤大学人类学教授尼娜·雅布隆斯基说:“人类是在赤道非洲进化而来的，那里一年又一年大部分时间太阳都在头顶上。”“在这里，头皮和头顶以热量的形式接受更持久的强烈太阳辐射。我们想了解这是如何影响我们头发的进化的。我们发现，卷曲的头发能让人类保持凉爽，实际上还能节约用水。”
一个戴着紧卷(左)和直发(右)假发的热人体模型。这种人体模型利用电力来模拟人体热量，使科学家能够研究人体皮肤和环境之间的热量传递。一项关于人类头发结构在调节体温中的作用的新研究发现，紧密卷曲的头发可以最好地保护人们免受太阳的辐射，同时最大限度地减少出汗降温的需要。来源:拉夫堡大学George Havenith
研究人员使用了一个热人体模型——一种使用电力模拟人体热量的人体模型，使科学家能够研究人体皮肤和环境之间的热量传递——以及人类头发假发来研究不同的头发质地如何影响太阳辐射的热量增益。科学家们对人体模型进行了编程，使其保持95华氏度(35摄氏度)的恒定表面温度，这与皮肤的平均表面温度相似，并将其置于气候控制的风洞中。
研究小组通过监测人体模型维持恒定温度所需的电量，对人体热损失进行了基本测量。然后，他们用灯照射人体模型的头部，模拟四种头皮头发状态下的太阳辐射——无发、直发、适度卷曲和紧卷曲。
英国拉夫堡大学环境人体工程学研究中心主任乔治·哈文尼斯(George Havenith)领导了人体模型实验，他解释说，科学家们计算了灯具测量值和基座测量值之间的总热量损失差异，以确定太阳辐射流入头部的情况。他们还计算了在不同风速和湿润头皮后的热量损失，以模拟出汗。他们通过一个模型来研究不同的头发质地如何影响86华氏度(30摄氏度)的高温和60%的相对湿度下的热量增加，就像赤道非洲的环境一样。
研究人员发现，所有的头发都能减少太阳对头皮的辐射，但紧紧卷曲的头发能最好地保护头皮免受太阳的辐射，同时最大限度地减少出汗来保持凉爽。他们在2023年6月6日的《美国国家科学院院刊》上报告了他们的发现。
这张图表显示了科学家们如何使用热人体模型和人类头发假发来测量头皮的热量传递。图片来源:melissa Morales Garcia
蒂娜·拉西在宾夕法尼亚州立大学的博士论文中进行了这项研究，她说:“直立行走是基础，大脑发育是头皮毛发的回报。”拉西西将于今年秋天开始在密歇根大学担任人类学助理教授。
拉西西解释说，当早期人类在赤道非洲进化到直立行走时，他们的头顶越来越多地受到太阳辐射的冲击。大脑对热很敏感，它会产生热量，尤其是当它长得越大的时候。太热会导致中暑等危险情况。由于人类失去了大部分体毛，他们发展出了高效的汗腺来保持凉爽，但出汗是以失去水分和电解质为代价的。拉西西说，头发的进化可能是为了减少从太阳辐射中获得的热量，从而使人体在不消耗额外资源的情况下保持凉爽。
她说:“大约200万年前，我们看到了直立人，他们的身体构造和我们一样，但大脑体积更小。”“到100万年前，我们的大脑大小基本上达到了现代水平。某种东西释放了一种物理约束，使我们的大脑得以发育。我们认为头皮毛发提供了一种被动的机制来减少从太阳辐射中获得的热量，这是汗腺无法做到的。”
雅布隆斯基说，这项多学科研究提供了重要的初步结果，有助于我们更好地理解人类头发是如何进化的，同时又不会把人类置于潜在的危险境地。
Havenith补充说，这项研究还表明，进化人类学家在热人体模型中有一个额外的工具——通常用于测试防护服的功能——用于量化人类数据，否则很难获得这些数据。
拉西西说:“关于肤色和黑色素如何保护我们免受太阳辐射的研究可以影响人们在特定环境下需要多少防晒霜的决定。”“我想类似的决策也会发生在头发上。当你想到军队或不同的运动员在不同的环境中锻炼时，我们的研究结果让你有时间反思和思考:这种发型会让我更容易过热吗?这是我最好的发型吗?”
参考文献:《人类头皮毛发作为体温调节适应性》，作者:Tina Lasisi, James W. Smallcombe, W. Larry Kenney, Mark D. Shriver, Benjamin Zydney, Nina G. Jablonski和George Havenith, 2023年6月6日，《美国国家科学院院刊》。DOI: 10.1073 / pnas.2301760120
拉夫堡大学和澳大利亚大学的詹姆斯·斯莫尔库姆也参与了这项研究;宾夕法尼亚州立大学生理学、运动学教授、玛丽·昂德希尔·诺尔人类行为学主席拉里·肯尼;人类学教授马克·施莱弗;Benjamin Zydney，之前是本科生研究助理，现在是宾夕法尼亚州立大学校友。
美国国家科学基金会和温纳-格伦基金会支持这项工作。
