本文与 The Conversation合作发表。
人类从父母那里直接继承了许多遗传特征。然而，文化特征（即通过学习传递的工具、信仰和行为）不仅可以由父母传授，也可以由教师和同伴传递。许多动物都具有习得行为，但人类在已有知识的基础上进一步创新的能力尤为突出。这种能力被称为 累积文化，艾萨克·牛顿爵士曾这样表述：“如果我看得更远，是因为 站在巨人的肩膀上。”
我们可以在考古记录中看到这种累积文化的证据：随着时间推移，人类使用的工具数量呈加速增长。但考古记录还揭示了另一种模式：也存在大规模的 文化损失 现象。例如，考古发掘表明，塔斯马尼亚的原住民群体随时间推移 丢失了大量技术 ，包括渔网、骨器和保暖衣物，尽管这些工具本可能仍然有用。
文化积累似乎并非以规律的速度匀速推进。考古记录显示，在经历相对较长的变化很少的时期之后，会出现大规模的创新爆发。例如，早期人类的考古记录主要由石器构成，持续约200万年。随后，大约在6万至3万年前，考古学家发现了一波 创造性活动，例如墓葬、包括洞穴壁画和雕像在内的艺术形式，以及刻花骨器和鹿角工具。
文化特征的频率和分布随时间变化的过程被称为文化进化。但是，是什么驱动了这一过程？为什么工具的数量在某些时期扩张，而在另一些时期减少？这些问题几十年来一直吸引着考古学家。我们提出了一个新模型，认为它能够解释文化进化发生方式的某些方面，而且关键在于，它基于这样一种观点：并非所有创新都以相同的方式发生。
文化推进过程的建模
由于对大量人群进行实验性操控既不可能（也不符合伦理），科学家便通过数学模型来理解文化特征如何演化。这类模型是一组规则，用以描述可能构成我们所关注过程基础的机制。
例如，文化进化模型可以使用方程来描述个体发明新事物、传递知识和向他人学习的速率。这些方程取决于若干参数，例如人口规模以及发明和学习的速率。
模型既可以通过解析方法进行探究，即计算方程组所预测的模式，也可以通过计算机模拟进行探究。在我们的研究中，两种方法都使用了。
大多数文化进化模型研究的是某一群体中已经存在的技术和行为的传播。在我们近期发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS）的论文中，我们与斯坦福大学的马库斯·费尔德曼（Marcus Feldman）合作，提出了一种新的 文化进化模型。我们的模型之所以不同，其核心非常简单：我们不假定人类的所有创新都以相同的方式产生。
观察模型预测的展开过程
使用模型有点像在玩一款以科学思维为导向的 《模拟人生》。在计算机上，我们模拟一个特定规模的人口。我们为若干相互依存、以不同速率发生的创新过程设定规则。例如，可被视为“天才灵感”的发明可能较为罕见，而对现有工具进行改进所形成的工具则可能更为频繁。
我们允许知识以一定的人均速率出现新的“重大飞跃”。一旦群体中有人实现了这些罕见的重大飞跃，其他创新便可能更容易发生。例如，渔网的发明可能催生其他相关工具，比如用来使渔网下沉的坠子，或与其他工具结合，例如加装一根长杆以便挥动渔网。
这些不同的创新过程（灵光一现式的想法与渐进式改进）以不同速率发生。它们之间的关系决定了工具的积累是否呈阶梯式模式。如果重大创新飞跃相当常见，群体中工具的数量便会呈现平滑的加速增长。另一方面，如果重大飞跃式创新较为罕见，但群体很容易发明相关工具，并频繁将现有技术组合成新工具，那么每一次新的重大飞跃都会引发一轮快速的文化创新爆发，呈现间断式模式。
我们的模型还考虑了另外两个对文化进化有重要作用的因素。第一个是知识在群体中的差异化分布。我们设定模型的“规则”，使知识可以集中于群体的一个子集中，例如男性或女性巫医。当知识局限于一小群人时，存在更大的风险，即 知识可能丢失。
第二，我们的模型考虑了环境变化的影响。工具可能会在环境变化之后丢失，例如气候变暖或变冷，或者在迁移到一个现有工具不太有用的新地方后丢失。我们的模型追踪每种工具适用的环境，例如，渔网在稀树草原上就不那么有用。当工具在当前环境中不再有用时，它们更可能被丢失。
模型预测的现实原因
研究人员仍在争论考古记录中文化积累突然爆发的原因。普遍共识将这一模式归因于外部事件。人类因环境变化（例如干旱导致的生存挑战）或新认知能力的演化（大脑变得更大、更强大）而涌现出大量新想法。
我们的模型表明，这种“文化爆发”的间断模式实际上可能是文化进化本身的一个特征，与其他进化和环境过程共同发挥作用。只要某些创新依赖于其他创新的存在（这是人类文化的一个根本特征），这类新技术的爆发就是可以预期的。
我们的研究为文化进化提供了新的视角，加深了我们对人类远古演化的理解。它也反映出，创新可能如何催生目前尚无法想象的未来技术。
刊发本文并不意味着世界经济论坛认同文中观点。
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作者：Nicole Creanza是斯坦福大学生物学系博士后研究员。Oren Kolodny是斯坦福大学生物学系博士后研究员。
图片：一名工人在墓葬区清理一件物品。REUTERS/Tony Gentile.