肛門是如何“轉(zhuǎn)正”的？

陸欣

海綿的嘴巴同時(shí)也是肛門

肛門是我們很少提及的身體部位，在日常生活中，它也基本沒(méi)有存在感，好像有它沒(méi)它都一樣。但事實(shí)上，肛門的作用可太大了，患有便秘的人們能更深刻地體會(huì)到這一點(diǎn)，排便不暢的痛苦不亞于其他各類疾病。

但是，你能想象嗎？生命剛出現(xiàn)的時(shí)候，生物們其實(shí)是沒(méi)有肛門的，那時(shí)候的生物是如何消解“宿便”的呢？肛門這個(gè)重要部位又是如何演化的？

口肛合一的動(dòng)物

我們知道，吃下去的食物不可能百分百地轉(zhuǎn)化成養(yǎng)分，總有一些東西是身體用不了的，這些東西我們稱之為廢物。如果廢物堆積在身體內(nèi)排不出去，最終就會(huì)將身體撐爆。在生物還很迷你的時(shí)期，廢物也都是微粒，可以通過(guò)皮膚排放到外界。但隨著生物越來(lái)越大，廢物體積也在變大，它不再能輕松排出體外，這可怎么辦呢？這時(shí)候的生物全身只有一個(gè)開(kāi)口，那就是嘴巴，于是，廢物只能從這里排出，我們將這類生物稱為基礎(chǔ)動(dòng)物。

海綿和?？浅Ｒ?jiàn)的基礎(chǔ)動(dòng)物，胚胎發(fā)育時(shí)分裂出的胚孔最終發(fā)育成了嘴巴，同時(shí)也是它們的肛門。海綿和?？捏w型都不大，它們不愛(ài)運(yùn)動(dòng)，常常將自己埋在海底淤泥中，一整天一動(dòng)不動(dòng)。當(dāng)獵物經(jīng)過(guò)時(shí)，海綿們就伸出有毒的觸手麻翻它們，吞入口中。將食物消化完后，廢物經(jīng)過(guò)相同的通道再次回到口中，由此排出體外?？茖W(xué)家猜測(cè)，可能是為了方便原路運(yùn)輸廢物，海綿們的體型才長(zhǎng)得不太大。

“粗制濫造”的臨時(shí)肛門

本來(lái)科學(xué)家以為，像海綿和?？@樣原始的生物就是沒(méi)有肛門的，可是櫛水母的出現(xiàn)完全顛覆了這一認(rèn)知。櫛水母也屬于腔腸動(dòng)物，也就是我們通常所說(shuō)的有口無(wú)肛門的一類動(dòng)物，大多數(shù)時(shí)候科學(xué)家都看不到它的肛門，讓人想不到的是，它竟然能臨時(shí)“制造”肛門。

2016年，美國(guó)邁阿密大學(xué)的演化生物學(xué)家威廉·布朗拍攝下了櫛水母從進(jìn)食到排遺的一系列視頻：經(jīng)過(guò)基因改造后發(fā)出熒光的小型蝦蟹和斑馬魚(yú)作為食物投放到水缸中，櫛水母來(lái)者不拒地吞下了這頓大餐。通過(guò)追蹤熒光蛋白，科學(xué)家可以輕松觀察到食物在櫛水母體內(nèi)的通行路徑。一段時(shí)間后，與科學(xué)家預(yù)想不一致的事情發(fā)生了，一粒粒紅色小點(diǎn)不是從櫛水母的口中，而是從其身體末端的小孔里排了出來(lái)！

這個(gè)小孔被認(rèn)為是櫛水母的“臨時(shí)肛門”，是只有在需要排遺時(shí)才會(huì)形成的開(kāi)口。當(dāng)體內(nèi)廢物堆積時(shí)，櫛水母的腸道就會(huì)向外擴(kuò)張，直到與表皮融合在一起，表皮裂開(kāi)一個(gè)之前沒(méi)有的小孔。當(dāng)廢物通過(guò)這個(gè)新肛門排出體外后，腸皮和表皮就會(huì)分離，各自恢復(fù)為單獨(dú)的兩層，小孔消失。臨時(shí)肛門形成速度快，使用率也很高，成熟的櫛水母幾乎每小時(shí)都得制造出一個(gè)新肛門，而幼年櫛水母大約每10分鐘就會(huì)生長(zhǎng)出一個(gè)肛門。

具有臨時(shí)肛門的櫛水母

陰莖蠕蟲(chóng)被認(rèn)為是擁有正式肛門的最古老生物之一

這個(gè)臨時(shí)肛門與正式肛門具有相同的功能，因此我們知道，最晚在7億年前，也即櫛水母的祖先出現(xiàn)的時(shí)候，類似肛門的結(jié)構(gòu)就已經(jīng)演化出來(lái)了。

飄忽不定的“肛門”

在櫛水母身上發(fā)現(xiàn)了臨時(shí)肛門后，一個(gè)新的疑問(wèn)浮現(xiàn)在科學(xué)家們的腦中：根據(jù)基因譜系和身體構(gòu)造分析，櫛水母和海綿、?？八笇儆诮H關(guān)系，它們擁有共同的祖先。那么，為什么櫛水母有臨時(shí)肛門，海綿、?？麉s沒(méi)有呢？唯一合理的解釋是，7億年前，完整的消化道和附屬的肛門都在某種遠(yuǎn)古動(dòng)物祖先身上出現(xiàn)了，隨后在?？秃＞d身上消失了，在櫛水母的身上有部分殘余。再后來(lái)，它們才重新出現(xiàn)。

肛門再次出現(xiàn)的時(shí)間是什么時(shí)候呢？科學(xué)家估計(jì)，大約在5億年前。在中國(guó)云南省澄江縣，有一個(gè)著名的動(dòng)物化石群，柔軟潮濕的地質(zhì)環(huán)境將5.3億年前該地區(qū)所有種類的生物完整地制成化石保存了下來(lái)。正是在這里，科學(xué)家們找到了擁有正式肛門的最早的生物。20世紀(jì)八九十年代，科學(xué)家們?cè)诔谓业搅岁幥o蠕蟲(chóng)的化石，發(fā)現(xiàn)它具有與人體相似的消化系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)完整的肛門。

在對(duì)陰莖蠕蟲(chóng)的腸道、胃部和肛門的基因表達(dá)進(jìn)行了研究后，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一些演化的規(guī)律，這種蠕蟲(chóng)的消化系統(tǒng)的演變過(guò)程與人類、魚(yú)類和蛙類相同，而且演變過(guò)程中涉及的基因也完全相同。其中兩種基因在肛門的進(jìn)化中扮演著至關(guān)重要的作用，它們讓生物演化出了功能完整的肛門，而其它沒(méi)有這些基因的生物只有“臨時(shí)”肛門。

再次變化的肛門

但是肛門的奇怪之處還不僅如此。在深入研究后，科學(xué)家們又發(fā)現(xiàn)，盡管蠕蟲(chóng)的肛門結(jié)構(gòu)看起來(lái)與人類的很相似，但是兩者的來(lái)源卻并不相同。前文說(shuō)過(guò)，在基礎(chǔ)動(dòng)物中，胚孔會(huì)發(fā)育成嘴巴。在蠕蟲(chóng)身上，胚孔也發(fā)育成了嘴巴，但在胚胎中與胚孔相對(duì)的另一頭，它還多了一個(gè)開(kāi)口，這個(gè)開(kāi)口就發(fā)育成了蠕蟲(chóng)的肛門。本來(lái)，科學(xué)家們以為人類的肛門也與此相似，但對(duì)胚胎發(fā)育進(jìn)行分析后，他們發(fā)現(xiàn)，人類的胚孔發(fā)育成了成體的肛門，而另一端新的開(kāi)孔發(fā)育為了嘴巴。

為了區(qū)分這兩種肛門來(lái)源不同的生物，科學(xué)家將蠕蟲(chóng)類的生物稱為原口動(dòng)物，人類這樣的則稱為后口動(dòng)物。除了人類外，海星等棘皮動(dòng)物、其他的脊索動(dòng)物也屬于后口動(dòng)物。為什么肛門的故事又發(fā)生了改變呢？

在澄江化石群找到的目前最早的后口動(dòng)物——皺囊蟲(chóng)也許能稍稍解開(kāi)我們的疑惑。皺囊蟲(chóng)長(zhǎng)相很怪異，它就像只有一個(gè)開(kāi)口的袋子，長(zhǎng)著一張“血盆大口”，嘴巴上方還有四對(duì)眼睛似的錐形孔洞，但這并不是眼睛，其實(shí)是鰓孔的雛形。你可能迫不及待要提出異議了，皺囊蟲(chóng)既然只有一張大口，那不就是有口無(wú)肛門嗎？它怎么是后口動(dòng)物呢？其實(shí)是因?yàn)樗鼡碛心撬膶?duì)錐形孔洞。

皺囊蟲(chóng)為肛門的演化提供了新思路

在早期的后口動(dòng)物中，鰓孔是氣體交換和廢物排出的重要器官，當(dāng)它們將水和食物一起攝入體內(nèi)時(shí)，多余的水和消化后的較小的廢物會(huì)從鰓孔流出。后來(lái)的后口動(dòng)物也繼承了這一特征，水生魚(yú)類的必需結(jié)構(gòu)是鰓孔和鰓裂，陸生動(dòng)物盡管不再靠鰓呼吸，但在胚胎發(fā)育過(guò)程中依然會(huì)出現(xiàn)鰓裂結(jié)構(gòu)。因此，鰓孔被認(rèn)為是后口動(dòng)物最典型的特征，而擁有鰓孔雛形的皺囊蟲(chóng)就被歸類為了后口動(dòng)物。

而有鰓孔無(wú)肛門的皺囊蟲(chóng)給我們提供了另一種思路，當(dāng)既能呼吸又能排泄的鰓孔出現(xiàn)時(shí)，肛門的作用逐漸被鰓孔取代，所以它是不是再次消失了？而隨著廢物的顆粒越來(lái)越大，鰓孔無(wú)法排出時(shí)，肛門又演化了出來(lái)？這些問(wèn)題都還等待更多的研究來(lái)解答。

肛門，這一小小的結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了這樣復(fù)雜的演變過(guò)程，直到今日，它演化的秘密都還沒(méi)有完全解開(kāi)。