衡量类人猿敲击式工具使用序列中的层级结构

为什么砸坚果能揭开一个大谜团

当黑猩猩敲碎坚果或人类打磨石器时，它们并非只是随意挥动手臂。每一个动作都是更大模式的一部分，有点像舞步中的步骤或句子中的词语。本研究从一个简单的出发点提出了一个深刻问题：我们能否测量此类日常动作中隐藏的结构？这会揭示人类思维如何从大型猿类祖先演化而来吗？

从简单链条到分层计划

科学家长期以来怀疑，我们将动作串联在一起的方式——无论是在言语、工具使用或其他技能中——依赖于“结构中的结构”，即小的动作单元被分组为更大的块和子计划。人类语言是典型例子：声音形成音节，音节形成词语，词语构成短语和句子。许多研究者提出，人类和大型猿类的工具使用可能也建立在类似的分层组织之上。但直到现在，还没有一种标准方法来在自然行为中检测和量化这种看不见的层级，这使得关于语言与动作相似性的争论在很大程度上停留在推测阶段。

一种发现动作中隐藏模式的新方法

作者引入了一条分析流程，可以将行为流转换为可测量的“层级复杂性”。他们以真实的敲击式工具使用视频为起点：野外黑猩猩在砧座上敲坚果，以及熟练的人类石器匠制作旧石器和手斧文化的工具。每一个不同的动作——例如捡起坚果、敲击、换握或剥除外壳——都被编码为长序列中的一个符号。然后将这些序列输入一种名为Sequitur的压缩算法，该算法能够发现重复的子序列（“块”）并显示它们如何相互嵌套。从生成的规则集中，该流程计算若干属性：存在多少块，它们有多长，叠加了多少层级，以及在生成的树状结构中分支分布有多均匀。

超越随机噪声和简单习惯

为证明真实的工具使用不只是重复或简单习惯，研究者将黑猩猩序列与两类合成对照进行了比较。一类是完全随机的，通过在保持整体动作频率不变的情况下打乱动作生成；另一类由马尔可夫模型生成，该模型捕捉每个动作跟随前一动作的概率，但不记忆更长范围的关系。如果黑猩猩的行为仅仅是局部关联——“这一动作之后通常做那一动作”——那么马尔可夫序列在复杂性上应与真实序列相匹配。然而，黑猩猩的敲坚果序列持续产生更长的短语、更复杂的树状结构，以及比随机或马尔可夫对照更丰富的独特结构模式。约有30%的真实行为结构“规则”无法由马尔可夫模型再现，这表明存在超越简单串联的真实层级组织。

黑猩猩与早期人类的分歧在哪里

相同的方法随后被应用于人类石器制作序列，考古学家已认为这些序列具有强烈的结构性。在这里，研究者将黑猩猩行为与旧石器（Oldowan）和手斧（Acheulean）两个经典的人类技术发展阶段的工具制作进行了比较。人类序列表现出更大的层级深度、更长的重复短语和更高的结构多样性，尤其是在更先进的手斧传统中。同时也存在一定重叠：并非所有人类序列都远远更复杂，黑猩猩的动作确实表现出非平凡的分层。这一模式支持渐进演化的图景，即人类是在扩大大型猿类已经具备的能力，而不是从零发明层级规划。

这对心智与进化意味着什么

对非专业读者而言，结论是黑猩猩和人类都以嵌套模式组织它们的工具使用动作，但人类将这种嵌套推进得更远。这个新流程并不能读取思想；它识别的是身体行为中的层级统计特征，而不是这些行为背后的具体想法。尽管如此，它提供了一种强大且通用的方式来比较跨物种、任务和领域的“行为语法”——从敲坚果和打制石器到手势或鸟鸣。通过表明野外黑猩猩的工具使用具有可测量的层级结构，且超出简单习惯所能解释的范围，同时人类工具使用将这种复杂性进一步推进，研究在日常行为与语言、文化和大脑进化这一重大问题之间搭建了一座基于数据的具体桥梁。

引用: Taylor, D., Petersen, T., Crockford, C. et al. Measuring hierarchical structure across hominid percussive tool-use sequences. Commun Biol 9, 457 (2026). https://doi.org/10.1038/s42003-026-09633-8

关键词: 黑猩猩使用工具, 层级行为, 石器制作, 认知进化, 行为序列