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為何哺乳動物的生殖器官都長在身體后半部?

2020-04-24 20:27 作者:江南拱橋夜  | 我要投稿

2.05億年前,似哺乳動物開始出現(xiàn),然而直到180萬年前,哺乳動物才進(jìn)化成熟,和昆蟲、海洋生物等相比,哺乳動物的身體結(jié)構(gòu)一致,可以說是按照一個模版進(jìn)化出來的生物,我們甚至可以將這個范圍擴大到脊椎動物,它們也都是由一個模式進(jìn)化而來,無論是狗也好,蜥蜴也好,恐龍也好都是一樣的。它們都是頭在前面,尾巴在后面一樣,進(jìn)化在形態(tài)學(xué)上是修修補補居多。那么為什么哺乳動物的生殖系統(tǒng)要在兩腿之間呢?

其實所有脊椎動物的生殖系統(tǒng)都在腿中間,沒有腿的則在應(yīng)該長腿的地方(比如魚鰭)中間或是曾經(jīng)長過腿(比如蛇就是由長腿的爬行動物進(jìn)化而成)的中間。它們呈這種規(guī)律是因為排泄道自然生成的。在其他脊椎動物中,排泄和生殖的孔只同一個。只有哺乳動物另外長出了一套獨立的生殖器管。

地球的生命大概是出現(xiàn)在35億年前左右,那時候出現(xiàn)的生命還是非常簡單的單細(xì)胞生物,只有一段簡單的DNA或RNA,外面包裹著一層蛋白質(zhì)外殼。在經(jīng)過了20多億年左右的時間,也就是距今大概12億年,地球上的有性生殖才出現(xiàn)。這個時期大多數(shù)動物都是單口生物,也就是身體只有一個和外界交換物質(zhì)的出入口,兼顧了進(jìn)食和排泄的功能。后來,原始的多細(xì)胞生物從一端進(jìn)食,經(jīng)過處理后,從身體另一端排出,這是排泄器官,它比四肢更早發(fā)展出來。

三億六千萬年前,那個時候,因為生命最先在海洋中發(fā)育,大海里有很多可怕的食肉動物,肉鰭魚類為了躲避天敵,慢慢地遷移進(jìn)化到陸地上。這支魚類的偶鰭(成對的肉鰭)中有內(nèi)骨骼。肉鰭的內(nèi)骨骼非常重要,沒有它們,魚類就不能支撐自己的身體,也就難以上陸。它們是四足脊椎動物,四肢就是從它們的肉鰭進(jìn)化而來,從上臂到前臂分為肱骨、橈、尺骨、腕骨、掌骨和指骨。

Elpistostege是一種已經(jīng)滅絕的四足類魚類,生活在泥盆紀(jì)晚期(晚至弗拉斯紀(jì)早期)??茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)了一條完整的Elpistostege魚類化石,大約5英尺長,是首次顯示出完整的手臂(胸鰭)骨骼。在所有已知的魚類中,第一次明確地發(fā)現(xiàn)手指與鰭連在一起。鰭上清晰的手指就像大多數(shù)動物的手指骨一樣。

(完整標(biāo)本的背視圖。胸鰭已經(jīng)在它們的位置上顯示出來了,盡管它們只在腹部可見)

手指的出現(xiàn)意味著Elpistostege魚已經(jīng)能夠在淺水中支撐自己的重量,或者在陸地上進(jìn)行短途旅行。證實了四足脊椎動物都是從魚類進(jìn)化而來,當(dāng)魚類來到陸地成為了四足脊椎動物,它們又慢慢分化出來了兩棲類、爬行類、哺乳類等。

而當(dāng)肉鰭魚類還在海里的時候,它們已經(jīng)擁有了生殖系統(tǒng),在鰭腹這里,因為,生物進(jìn)化第一步是內(nèi)外分化,一大團細(xì)胞 慢慢變成管狀,內(nèi)壁用于消化代謝,外壁用于保護(hù),蠕動,隔絕食物流失,第二步是前后分化,前面用于吃,后面用于排,之所以這樣進(jìn)化是因為離得太近容易污染,肛門離嘴越遠(yuǎn),給消化道的空間就越大,除此之外,生殖生長在下半身,交配時候可以更好受孕,更好完成物種的繁衍。而在初期,肉鰭魚類的排泄系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)、消化系統(tǒng)都是共用一體的。

在發(fā)育中,或者在演化中。先出現(xiàn)的特征往往比后出現(xiàn)的保守。這個現(xiàn)象很普遍,普遍到大部分人習(xí)以為常而難以察覺。在這個問題下,生殖系統(tǒng)就相對四肢早出現(xiàn),所以變化就相對四肢保守,比如說在爬行動物中已經(jīng)退化四肢的蛇,它們的生殖系統(tǒng)就還在那里。

簡單總結(jié)一下,并不是為什么生殖系統(tǒng)在兩腿之間,而是在沒有腿的時候,生殖系統(tǒng)就已經(jīng)在生物的生體末端,甚至早在單細(xì)胞時期,出現(xiàn)了有性繁殖開始,生殖器官就已經(jīng)存在,而腿的出現(xiàn),是為了讓生物在魚類走上陸地之后,更好地進(jìn)行移動,也就是適應(yīng)環(huán)境,之所以長在身體末端,僅僅是因為有利于支撐和前進(jìn)而已。

在剛開始的時候,無論是兩棲類、爬行類、哺乳類,生殖、排泄和消化系統(tǒng)仍然使用一個泄殖腔,即包括排卵、排精、下蛋(卵生爬行動物和鳥類)和胎生的生殖功能,以及尿液的排出和食物殘渣的排出功能。但在后來,進(jìn)入新生代后恐龍式微,氣候和食物條件很不穩(wěn)定的環(huán)境中,為應(yīng)對不斷變化的生存環(huán)境,哺乳動物盡可能地把處于發(fā)育中的卵更長時間地保留在輸卵管內(nèi),一則使卵能夠得到更好地保護(hù),二則也使母獸有更多的時間去尋找食物而不是伏在卵上孵卵。

幼崽在子宮中發(fā)育,孕期相對較長,產(chǎn)下的胎體發(fā)育比較完全,再通過母體哺乳的方式,讓它們快速成長,新生仔體從母體的乳汁中獲取營養(yǎng)以維持生長,吮吸乳汁不需要咀嚼能力,斷奶前上下頜具備了咀嚼功能,恒齒也逐漸萌出,這樣存活率就大大提高。

胎生和哺乳,是哺乳動物區(qū)別于其他動物的兩大主要特征,就這樣,進(jìn)化得最為完善的哺乳動物得以占據(jù)更多的生態(tài)位,并迅速演化出具備豐富多樣性的成千上萬個不同物種來,哺乳動物成為四足脊椎動物中進(jìn)化最為成熟的物種,也成為了恐龍之后地球的新一任霸主。而在這種情況下,哺乳動物中的有袋類,卵生類都被迅速淘汰,而哺乳動物也由泄殖腔進(jìn)化出來了單獨的生殖系統(tǒng),也就是對泄殖腔包含的功能進(jìn)行了分工。

即生殖與排泄兩種功能進(jìn)行了分離,于是在生理結(jié)構(gòu)上采用了消化系統(tǒng)單獨一個排出口,也就是我們說的肛門;排泄系統(tǒng)的尿道和生殖孔道共用一個排出口,但是尿道和生殖孔道在里面是分開的,并且都有防回流結(jié)構(gòu),這樣的分離和分工減少了尿道和生殖孔道被排泄系統(tǒng)細(xì)菌污染和感染的可能性。

靈長類動物的進(jìn)化還要更為科學(xué)一些,雄性的靈長類動物(包括人類)排泄系統(tǒng)的出口和生殖系統(tǒng)的出入口仿佛還在一處,但雌性已經(jīng)有所分開了,兩個孔道的出口雖然還在一處,但卻有了一定的距離,因為靈長類的雌性需要在體內(nèi)孕育下一代,分開將進(jìn)一步加強安全性,減少不同系統(tǒng)和器官間的感染可能性。

而人類在靈長類動物中的進(jìn)化表現(xiàn)中更是達(dá)到了完美,大腦要負(fù)責(zé)神經(jīng)信息的傳導(dǎo),距離越短,效率越高,越準(zhǔn)確和節(jié)約能量。所以人類的感知器官全部長在頭部周圍,像視覺、聽覺、嗅覺、味覺這樣對傳輸帶寬(信號豐富性)、響應(yīng)速度或者噪聲抑制(敏感性)要求高的信號,從信號產(chǎn)生到信號處理之間的距離短,對生物的生存和演化具有更為積極的意義。這些感知器官離大腦近的生物種類和個體,因此在自然選擇中具有競爭優(yōu)勢。

而腹腔大都具備了消化和儲存的功能。腹腔所具備的消化功能將攝取的食物把攝入的食物分解(通過消化液和酶)為簡單的物質(zhì)(主要是化學(xué)合成物,如葡萄糖、氨基酸),為人體提供能量。其次,腹腔會“順便”儲存一些其他的東西,這包括儲存血液,膽汁,生殖細(xì)胞以及胚胎以及要排出體外的廢料。

這是一個很明智的特征設(shè)計,既能保護(hù)它不受傷害又能讓兩性器官兼容,有著排泄和生育多重用途。有的人可能會說是隨機突變或是什么神奇的DNA控制導(dǎo)致的結(jié)果,但在我看來它只是大自然的神奇設(shè)計。事實上,在進(jìn)化過程當(dāng)中也有動物試過打破這種身體構(gòu)造(生殖口和排泄口離得很近),但是這樣做的動物都滅絕了,所以,自然就沒有了。其實當(dāng)動物發(fā)展出比較穩(wěn)定的身體結(jié)構(gòu)之后,動物的進(jìn)化都是在這樣的基礎(chǔ)上不斷進(jìn)行,對一些身體的缺陷不斷修補。所以,我們發(fā)展出現(xiàn)在的身體結(jié)構(gòu),都可以從很久之前的遠(yuǎn)古時期找到原因。

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