海洋科普:它為什么要長(zhǎng)幾百個(gè)肛門(mén)?
來(lái)源:科研圈
發(fā)布時(shí)間:2021-06-18
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  人類(lèi)一點(diǎn)都不了解肛門(mén),它是一個(gè)演化奇跡。

海參的“肛門(mén)”。圖片來(lái)源:PacificKlaus?is licensed under?CC BY-NC 2.0海參的“肛門(mén)”。圖片來(lái)源:PacificKlaus?is licensed under?CC BY-NC 2.0

  原作 Katherine J。 Wu

  翻譯 周舒義

  編輯 魏瀟

  如果你想要和一只海參來(lái)場(chǎng)靈魂交流,那就別指望從它臉上找到些什么——它壓根就沒(méi)有臉。請(qǐng)輕輕地把這個(gè)疙疙瘩瘩的身體轉(zhuǎn)過(guò)來(lái),深深凝視它那非同凡響并且多才多藝的,肛門(mén)。

  海參的屁股絕不僅僅是一個(gè)排出消化廢物的孔洞。它能客串一把嘴巴,吞噬零星的海藻;也是山寨的肺,通過(guò)其樹(shù)枝狀分支從水中交換氣體;還是危急關(guān)頭時(shí)的武器,能拋射出粘稠的網(wǎng)狀內(nèi)臟,纏住捕食者。有時(shí),它甚至是閃閃發(fā)光的隱魚(yú)(pearlfish)的家——當(dāng)海參打開(kāi)肛門(mén)呼吸時(shí),隱魚(yú)會(huì)趁機(jī)蠕動(dòng)著一頭扎進(jìn)去。與其說(shuō)是海參擁有一個(gè)精妙絕倫的肛門(mén),還不如說(shuō)是這個(gè)非凡的器官剛好有軀體來(lái)承載它。正如美國(guó)北卡羅來(lái)納大學(xué)阿什維爾分校(University of North Carolina at Asheville)的水母生物學(xué)家 Rebecca Helm 告訴我的那樣,“這真是一個(gè)非常棒的屁股。”

  但是,海參的肛門(mén)并沒(méi)有得到應(yīng)有的認(rèn)可。Helm 說(shuō):“當(dāng)你念出‘肛門(mén)’這個(gè)詞的那一刻,房間里會(huì)安靜得連一根針落地的聲音都聽(tīng)得清。”肛門(mén)本是生命之樹(shù)的一部分,而我們創(chuàng)造的身體禁忌讓它陷入了不足為外人道的尷尬境地。文化方面如此,科學(xué)方面亦然:沒(méi)多少研究人員能直言不諱地承認(rèn)自己是肛門(mén)愛(ài)好者。在那些將自己對(duì)肛門(mén)的喜愛(ài)引以為豪的少數(shù)派看來(lái),這會(huì)造成認(rèn)知盲點(diǎn),使我們難以認(rèn)識(shí)和理解自身生物生理構(gòu)造中的一個(gè)基本方面。

  肛門(mén)的出現(xiàn)在動(dòng)物演化過(guò)程中意義重大,它將單孔消化囊變成了兩端開(kāi)放的管道。擁有肛門(mén)的生物可以對(duì)進(jìn)食和排便行為進(jìn)行物理區(qū)隔,從而降低糞便污染食物的風(fēng)險(xiǎn)。它們也不必排干凈上頓才能開(kāi)始吃下頓了,這能令它們攝取更多能量,擁有更龐大的體型。如今,肛門(mén)具備了多種多樣的形式。一些動(dòng)物,比如海參,賦予了肛門(mén)十八般武藝;還有一些動(dòng)物則認(rèn)為給消化道開(kāi)后門(mén)的感覺(jué)真不錯(cuò),不妨多長(zhǎng)幾個(gè)。美國(guó)布朗大學(xué)(Brown University)的脊椎動(dòng)物形態(tài)學(xué)專(zhuān)家 Armita Manafzadeh 告訴我:“在演化過(guò)程中,動(dòng)物對(duì)于這部分身體的規(guī)劃有很高的自由度?!?/p>

  但是,肛門(mén)依然被包裹在盤(pán)根錯(cuò)節(jié)的科學(xué)線索以及眾多爭(zhēng)議之下。這個(gè)器官第一次出現(xiàn)的確切時(shí)間是什么?它是怎么出現(xiàn)的?它在不同物種的演化過(guò)程中產(chǎn)生或被丟失了多少次?為了向前追溯自身的起源,我們需要向后打量打量自己的屁股。

  “出口”的起源

  世界之初,肛門(mén)并不存在。數(shù)億年前我們那些在海洋里游來(lái)游去的動(dòng)物祖先——它們的身體后部空空如也,一個(gè)單獨(dú)的孔洞既是食物的入口,也是殘?jiān)某隹?/strong>。時(shí)至今日,你依然能在珊瑚、海葵、水母和眾多海洋蠕蟲(chóng)身上找到這類(lèi)生命形式殘存下來(lái)的演化回聲。它們的消化腔像一個(gè)寬松的囊袋,進(jìn)食對(duì)它們來(lái)說(shuō)就是走上一條只有一個(gè)出口的通道,每次吃一團(tuán)食物,消化后的殘?jiān)贩祷兀懦鲶w外(這可能和你之前讀過(guò)的不同,這類(lèi)生物不是每一種都會(huì)排便)。這些生物消化系統(tǒng)的運(yùn)作方式很像停車(chē)場(chǎng),受?chē)?yán)格的空置配額限制,這限制了交通流量。

  肛門(mén)的出現(xiàn)將停車(chē)場(chǎng)變成了高速公路——線性的“貫通消化道”,這也是現(xiàn)在的主流形體構(gòu)型。突然間,動(dòng)物們可以奢侈地連續(xù)享用多頓大餐,而不必中途去“行個(gè)方便”;消化道長(zhǎng)度增加并且功能分區(qū),形成不同的腔室,各個(gè)腔室可以吸收不同的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),承載各自的微生物群落。挪威卑爾根大學(xué)(University of Bergen)的發(fā)育生物學(xué)家 Andreas Hejnol 告訴我,這種分隔可以讓動(dòng)物更容易從食物中吸收更多的營(yíng)養(yǎng)。他說(shuō),隨著消化道的延長(zhǎng)和末端與外界的打通,許多生物的身體長(zhǎng)得更大、更長(zhǎng),并且開(kāi)始以新的方式移動(dòng)。而真正的臀部——位于一些動(dòng)物(比如人類(lèi))肛門(mén)兩側(cè)的、多肉多脂肪的部位,還需要千萬(wàn)年才能演化出來(lái)。在同我交流過(guò)的研究人員中,一些人很愿意用“臀(butt)”這個(gè)詞來(lái)表示肛門(mén)或者肛門(mén)的相鄰部位;另一些人則是純粹主義者,他們認(rèn)為這個(gè)詞是(并且只能是)“臀部(buttocks)”的簡(jiǎn)寫(xiě)。

  消化道兩端貫通的好處很明顯,但具體發(fā)生過(guò)程卻不太清楚。柔軟黏乎、沒(méi)有骨頭的洞并不能在化石中保存下來(lái),這讓任何關(guān)于肛門(mén)演化路徑的理論都難以得到證明。一個(gè)最為古老的假說(shuō)認(rèn)為,肛門(mén)和嘴巴起源于同一個(gè)單獨(dú)的開(kāi)口,這個(gè)開(kāi)口逐漸拉長(zhǎng),然后在中心凹陷,最終一分為二。隨后,新形成的肛門(mén)向動(dòng)物的身體后端移動(dòng)。丹麥自然歷史博物館(Natural History Museum of Denmark)的發(fā)育生物學(xué)家 Claus Nielsen 是這一理論的支持者。這個(gè)假說(shuō)簡(jiǎn)潔并且合情合理,在演化上也很公平:按照設(shè)想,嘴和肛門(mén)的出現(xiàn)時(shí)間不分先后,它們是一對(duì)完美的雙胞胎。

  Hejnol 和其他一些人則抱有不同看法。他們認(rèn)為,嘴巴的出現(xiàn)在形式上先于肛門(mén),肛門(mén)是從身體的另一端自然發(fā)生的。Hejnol ?說(shuō):“這是一種第二級(jí)‘突破’,消化道形成,然后和外界形成了連接。”在身體上多打一個(gè)洞并不難:一些蠕蟲(chóng)已經(jīng)成功完成了幾十次這樣的壯舉。一個(gè)例子是一種多腸目的扁形蟲(chóng),它的背部長(zhǎng)著斑斑點(diǎn)點(diǎn)的許多肛門(mén),就像噴涌糞便的雀斑。還有兩個(gè)例子是兩種名叫?Syllis ramose?和?Ramisyllis multicaudata?的海綿寄生蟲(chóng),在寄主組織中它們的身體纏繞在一起,就像用樹(shù)根編成的掛毯,每條“線頭”末端都有一個(gè)肛門(mén);總量大概有數(shù)百個(gè)乃至數(shù)千個(gè)。目前還不完全清楚為什么這些動(dòng)物會(huì)尷尬地長(zhǎng)出這么多肛門(mén),但至少在某些情況下,Hejnol 認(rèn)為這是消化系統(tǒng)像樹(shù)枝一樣分叉后順理成章的結(jié)果,這可以更容易地將營(yíng)養(yǎng)運(yùn)輸?shù)缴眢w的各個(gè)角落。

背部長(zhǎng)有許多肛門(mén)的一種海洋扁形蟲(chóng)。圖片來(lái)源:Wikimedia Commons背部長(zhǎng)有許多肛門(mén)的一種海洋扁形蟲(chóng)。圖片來(lái)源:Wikimedia Commons

  Hejnol 和同事仍在為他們的假說(shuō)收集支持性證據(jù),不過(guò)他表示已經(jīng)掌握了一些反對(duì)單孔分裂假說(shuō)的證據(jù):動(dòng)物在嘴和肛門(mén)這兩處的基因表達(dá)往往大相徑庭,這有力駁斥了嘴和肛門(mén)同源的觀點(diǎn)。他認(rèn)為,對(duì)于肛門(mén)“身世”更好的解讀,可能會(huì)和一種從天然終結(jié)于軀體后端的生殖系統(tǒng)“偷來(lái)”的形體構(gòu)型有關(guān)。

  肛門(mén)之謎

  不過(guò),即便這一理論得到證實(shí),它也不一定會(huì)結(jié)束對(duì)肛門(mén)演化起點(diǎn)的探討。粗略掃一眼動(dòng)物的進(jìn)化樹(shù),你可能一開(kāi)始會(huì)認(rèn)為肛門(mén)首次出現(xiàn)在大約 5.5 億年前,也就是我們祖先的囊狀消化腔拉直變成管狀的時(shí)候。但 Hejnol 和其他許多人認(rèn)為,肛門(mén)是如此有用,以至于至少有 6、7(甚至更多)次,動(dòng)物們以不盡相同的方式獨(dú)立演化出了肛門(mén)。這條時(shí)間線上還有其他一些障礙:一些生物后來(lái)又喪失了它們的肛門(mén),而另外一些生物甚至可能在更早的時(shí)候就產(chǎn)生了肛門(mén)。

  櫛水母是肛門(mén)演化的平滑敘事中突出的一道坎——這是一種凝膠狀的動(dòng)物,外形大致類(lèi)似于半透明的達(dá)斯·維達(dá)(Darth Vader,《星球大戰(zhàn)》著名角色,又稱(chēng)“黑武士”,以帶著一個(gè)覆蓋全頭及全臉的黑色大頭盔的形象聞名)頭盔,被認(rèn)為至少有 7 億年的歷史。早在 19 世紀(jì),科學(xué)家們就對(duì)櫛水母的尾端感到困惑,也不清楚它們是否會(huì)從一組外形怪異的細(xì)孔中排出食物殘?jiān)?。一個(gè)多世紀(jì)后,櫛水母在實(shí)驗(yàn)室中的排便行為終于被美國(guó)邁阿密大學(xué)(University of Miami)的生物學(xué)家 William Browne 和他的同事拍攝下來(lái)。當(dāng)這個(gè)視頻片段在 2016 年的一次會(huì)議上首度亮相時(shí),與會(huì)的 Helm 評(píng)價(jià)說(shuō)“大廳里的所有人驚訝得喘不過(guò)氣來(lái)”。如果櫛水母在排便,那糞便肯定是從某個(gè)后部的洞里排出來(lái)的。一些人提出,肛門(mén)的歷史或許要比許多人認(rèn)為的還要久遠(yuǎn)。

  櫛水母的排便視頻。來(lái)源:論文

  在?Browne 團(tuán)隊(duì)的研究發(fā)表后的幾個(gè)月里,科學(xué)家們對(duì)其意義爭(zhēng)論不休。一些人稱(chēng)贊這一發(fā)現(xiàn)是革命性的。但是包括 Hejnol 在內(nèi)的其他人認(rèn)為,這段“聲名狼藉”的視頻并不意味著對(duì)舊范式的顛覆,而且可能不難與長(zhǎng)期以來(lái)的舊有認(rèn)知相協(xié)調(diào)。櫛水母很可能是獨(dú)立于其他動(dòng)物演化出了肛門(mén),結(jié)構(gòu)上的類(lèi)似純屬偶然,而且我們還不清楚這種變化發(fā)生的確切時(shí)間。這種設(shè)想會(huì)令人類(lèi)肛門(mén)的演化時(shí)間表保持不變,因?yàn)樗窃谝粋€(gè)獨(dú)立時(shí)間點(diǎn)從不同的生物分支中浮現(xiàn)出來(lái)的。

  種種可能性難以證明,也難以證偽。正如新的孔洞可以打開(kāi),無(wú)用的孔洞也可以彌合。海蛇尾(brittle stars)和螨蟲(chóng)就屬于此類(lèi),它們封閉了祖?zhèn)鞯母亻T(mén)。還有一些“心情矛盾”的生物甚至?xí)蜷_(kāi)一個(gè)臨時(shí)肛門(mén)——需要時(shí)開(kāi)個(gè)洞,方便后再把洞封掉。生物學(xué)家 Sidney Tamm 2019 年的一項(xiàng)研究表明,某些櫛水母的肛門(mén)可能就屬于 Manafzadeh 所說(shuō)的這種“臨時(shí)屁股”。

  多種多樣

  許多動(dòng)物給了肛門(mén)不少美化和修飾,并設(shè)法將這種形式保留了下來(lái)。現(xiàn)在,它們的肛門(mén)配置堪稱(chēng)豪華。像海參一樣,海龜也可以通過(guò)屁股呼吸;蜻蜓幼蟲(chóng)把水吸進(jìn)屁股,然后噴出來(lái),以此推動(dòng)自己前進(jìn);蝎子在受到來(lái)自后方的攻擊時(shí),會(huì)拋棄屁股來(lái)躲避抓捕,但也不幸地喪失了排便能力(最終會(huì)被滿肚子的糞便憋死)。美國(guó)卡內(nèi)基自然歷史博物館(Carnegie Museum of Natural History)的昆蟲(chóng)學(xué)家 Ainsley Seago 告訴我:草蛉幼蟲(chóng)能從尾部噴射有毒的腸胃氣體,使白蟻喪失行動(dòng)能力——“它們使用真正意義上的死亡毒屁來(lái) KO 敵人。”

  一些最為有趣(和少兒不宜)的屁股相當(dāng)于一個(gè)多功能肛門(mén),它被稱(chēng)為泄殖腔。泄殖腔把消化道、尿道和生殖道的末端合并成一個(gè)開(kāi)口——基本上是一個(gè)糞便、尿液、卵細(xì)胞以及精子的疏散大廳。美國(guó)馬薩諸塞州蒙特霍利約克學(xué)院(Mount Holyoke College)研究泄殖腔的專(zhuān)家 Patricia Brennan 告訴我,泄殖腔是鳥(niǎo)類(lèi)、爬行動(dòng)物和兩棲動(dòng)物的標(biāo)配,雖然名聲不佳,但它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)其實(shí)相當(dāng)精密。泄殖腔有時(shí)也很方便:當(dāng)雌鳥(niǎo)與不太令自己滿意的雄鳥(niǎo)交配時(shí),它們可以就這么將質(zhì)量不佳的精子排出體外,然后從頭再來(lái)。Hejnol 補(bǔ)充說(shuō),泄殖腔存在已久,它甚至在生殖道和消化道之間架起進(jìn)化的橋梁,促進(jìn)了首批肛門(mén)的誕生。

  不過(guò),泄殖腔也帶來(lái)了風(fēng)險(xiǎn)。Brennan 說(shuō):“如果生殖器與大量消化殘?jiān)鼛缀跆幱谥苯咏佑|的狀態(tài)”,那就基本等于埋下了嚴(yán)重感染的定時(shí)炸彈。幼崽通過(guò)產(chǎn)道時(shí)也可能會(huì)因?yàn)榻佑|糞便攜帶的病原體而受到威脅。也許這就是人類(lèi)肛門(mén)另辟蹊徑的原因。

  臀部的誕生

  不管背后的原因是什么,正如 ?Manafzadeh 所說(shuō),這種分隔使人類(lèi)肛門(mén)告別了泄殖腔,從此 “索然無(wú)味”。就排便孔這一路的演化歷程而言,我們的肛門(mén)中規(guī)中矩,只能從腸道中擠出廢物,沒(méi)有任何花哨可言。

  人類(lèi)的排便孔平平無(wú)奇,唯一可取之處是我們演化出的一個(gè)緩沖功能:不太上得了臺(tái)面的臀部。這是現(xiàn)有記錄中最為豐滿的臀部,歸功于我們用兩條腿昂首闊步走路的奇怪癖好。人類(lèi)學(xué)家 Darcy Shapiro 告訴我:“人類(lèi)的直立行走是一種義務(wù),這很特殊;這是我們行動(dòng)的唯一方式。”這種運(yùn)動(dòng)模式重塑了骨盆,進(jìn)而改變了肌肉。臀大肌是支持我們奔跑和攀爬的發(fā)達(dá)肌肉,體積與直立行走的演化過(guò)程同步增大,并且包覆了一層柔軟的脂肪,被一些科學(xué)家認(rèn)為可以?xún)?chǔ)備能量。撇開(kāi)肛門(mén)不談,“我們的臀部才是真正的創(chuàng)新?!?Manafzadeh 說(shuō)。

  演化令人類(lèi)臀部不成比例地膨脹起來(lái),我們的文化準(zhǔn)則也隨之迅速跟進(jìn)。對(duì)于他人的臀部,我們飽含情欲卻又充滿厭惡,深深著迷卻又諱莫如深。我們描繪它的色彩,我們雕刻它的曲線,我們從中讀出性感的意味,我們?cè)谡f(shuō)唱的節(jié)奏中為臀部瘋狂。作為回報(bào),臀部讓我們更容易奔跑,但也總是與臟污相隨。我們的肛門(mén)是披著狼皮的羊,而我們偏偏對(duì)此束手無(wú)策。

米開(kāi)朗基羅《大衛(wèi)》?。圖片來(lái)源:ketrin1407?is licensed under?CC BY 2.0米開(kāi)朗基羅《大衛(wèi)》?。圖片來(lái)源:ketrin1407?is licensed under?CC BY 2.0

  也許這就是為什么人類(lèi)時(shí)常為屁股感到尷尬的部分原因,很多禁忌的話題也蓋因如此。我們甚至在閑談中選擇“臀部”作為“肛門(mén)”的委婉說(shuō)法。臀部不是肛門(mén),但它確實(shí)掩蓋了肛門(mén),身體意義上如此,文化意義上可能也是如此。這種規(guī)避掩蓋了這樣一種認(rèn)知:從一開(kāi)始,我們消化道的盡頭就是一個(gè)不折不扣的奇跡。它引領(lǐng)著我們的祖先在演化道路上一路披荊斬棘,沒(méi)有它,就沒(méi)有今天的我們。也許現(xiàn)在正是時(shí)候,讓我們像隱魚(yú)一樣,用平常心去接納它吧。

在海參肛門(mén)中安家的隱魚(yú)。圖片來(lái)源:Kevin Bryant, DMD?is licensed under?CC BY-NC-SA 2.0在海參肛門(mén)中安家的隱魚(yú)。圖片來(lái)源:Kevin Bryant, DMD?is licensed under?CC BY-NC-SA 2.0


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