众力资讯网

人类属于后口动物,科学家:胎儿肛门的出现或许早于大脑

你可能想不到,在你还是个胚胎的时候,身上长出来的第一个洞,不是嘴,是肛门。人类属于后口动物——这个词听着粗俗,但它解释了我们为什么有大脑、有脊椎、有思考能力。

故事要从6.4亿年前说起。那时候地球上的动物,就是一团团海绵。海绵固着在海底,水从身上的小孔流进去,过滤细菌和碎屑吃,再从一个大孔流出来。它们没有嘴,没有肛门,没有神经,没有肌肉,连动都不会动。

后来有一天,海绵上长出了个小芽胞,掉下来,落在海底。这个小芽胞为了找吃的,开始慢慢爬。海底全是细菌和碎屑,吃都吃不完。它越爬越复杂,长出了嘴——可以主动吃东西了。

但光有嘴不够,吃进去的东西得有地方排出,这就是进化史上的 “肛门突破”。

等到 5.41 亿年前寒武纪大爆发,动物快速分化出众多门类,这项创新的价值才彻底显现:嘴和肛门让食物单向通行,消化道得以分化,分别承担消化、吸收、排废的功能。

在这之前,海绵吃东西是一个口进同一个口出,像个口袋。有了两个口,动物才有了前后方向——嘴在前找食物,肛门在后排废物。有了前后,才有了头尾之分;有了头尾,神经才能往头上集中,慢慢长出大脑。

动物在胚胎发育的时候,有个关键阶段叫原肠胚。这时候胚胎是个双层球,上面有个开口叫胚孔。这个胚孔将来变成什么,决定了动物是哪一类。

如果胚孔先变成嘴,就是原口动物——昆虫、蚯蚓、蜗牛、章鱼都属于这一类。如果胚孔先变成肛门,嘴是后长出来的,就是后口动物。

人类属于后口动物。跟我们同门的,是海星、海胆、文昌鱼、鱼类、两栖类、爬行类、鸟类、哺乳类。你没看错,你跟海星是近亲。昆虫跟你反而不是一个支系。

这个区别看起来小,影响却大。后口动物的胚胎发育,胚孔先变成肛门,然后在另一端再开个嘴。

这意味着,在你还是个小球的时候,第一个洞是拉臭臭用的,第二个洞才是吃饭用的。你的大脑、脊椎、肋骨,都是在这两个洞之间的管子上长出来的。

两侧对称动物——就是身体左右对称的动物——都是从这个有嘴有肛门的祖先演化来的。

两侧对称让动物有了背腹之分、左右之分。背侧长神经索,腹侧长肠子。神经索沿着背部一节节膨大,前面那个膨大的节,就是大脑。

寒武纪大爆发为什么这么突然?科学家有好几种解释。一种是氧气含量上升了,动物有足够能量长出血肉和骨骼。

一种是Hox基因演化出来了——这是控制身体蓝图的基因开关,一下就能决定哪里长头、哪里长腿。还有一种是食物链复杂化了,捕食者出现了,动物要么跑要么长壳,竞争逼着进化加速。

中国科学院的舒德干院士提出过三幕式寒武纪大爆发理论:5.6亿到5.2亿年之间,动物界分三个阶段,依次演化出基础动物亚界、原口动物亚界、后口动物亚界。

我们属于最后那一拨。也就是说,在动物演化的大戏里,人类的祖先登场其实是比较晚的。

肛门这个器官,在进化史上被低估了。我们总觉得它不雅,但它是动物能“前进”的前提。

没有肛门,食物没法单向走,动物就没法长时间移动——你总不能一边爬一边吐吧。有了肛门,动物才能持续进食、持续移动、持续找食物。

大脑也是这个逻辑的副产品。动物要移动,就得有方向感;要有方向感,就得有神经;神经集中在前端,就成了大脑。

所以你今天能读这篇文章、能思考、能写代码,追溯到源头,就是因为5亿多年前某个小芽胞长出了一个肛门。

这不是粗俗,是进化的底层逻辑。你胚胎发育的过程,就是把这个故事快速重演一遍——先变成一个小球,胚孔开了,先变成肛门,再在另一端开嘴,然后神经管闭合,脊椎长出来,大脑膨大。你妈妈怀你的时候,你在肚子里头几周,就是一条有嘴有肛门的管子。

下次有人开玩笑说“你脑子里装的是屎”,你可以认真地回答他:从进化角度说,还真是。

因为没有肛门那个洞,就没有前后方向;没有前后方向,就没有头部;没有头部,就没有大脑。你的意识、你的智慧、你今天读到这里的好奇心,全是从那个最不起眼的洞开始的。

后口动物这个词,字面意思是“嘴巴后来才长”。原口动物是“嘴巴先长”。你可能觉得这有什么区别——不就是一个洞先长后长吗?但这个区别决定了动物身体的轴线。

原口动物的神经索长在腹侧,后口动物的神经索长在背侧。人类的脊椎骨在背上,就是后口动物的特征。

海星看着简单,跟你居然是同门。它属于棘皮动物,是后口动物里比较原始的一支。

海星没有大脑,只有个神经网,但它的胚胎发育过程跟人类一模一样——胚孔先变成肛门,嘴后长。你跟海星在胚胎阶段长得差不多,只是后来分道扬镳了。

寒武纪大爆发留下的化石,最有名的就是加拿大布尔吉斯页岩。那里5亿年前的动物保存得特别完整,连眼睛、肠子、神经都看得清。

里面有奇虾——一米长的捕食者,有三叶虫——穿盔甲的早期节肢动物,有皮卡虫——最早的脊索动物,就是人类的远祖。

舒德干院士在云南澄化石发现了海口虫、昆明鱼,这些是最早的脊椎动物。

他说寒武纪大爆发分三幕:第一幕出现基础动物(水母、珊瑚),第二幕出现原口动物(昆虫、蚯蚓),第三幕出现后口动物(脊椎动物)。我们属于第三幕那批。

肛门这个发明,还催生了排泄系统。有了专门的出口,动物才能进化出肾脏、肝脏这些解毒器官。

吃进去的食物消化完,废物从肛门排,血液里的废物从肾脏滤。这种分工,让动物的体型能长大——海绵只能长一团,后口动物能长到几十米长。

大脑的出现,跟头部集中有关。动物往前爬,嘴在前面,感觉器官(眼睛、鼻子、耳朵)就得长在前面,神经就得往前面聚。

这个前面的神经节,就是最早的大脑。所以你看,所有两侧对称动物都有头,而海绵、水母这种没有前后方向的动物,就没有真正的头。

你胚胎发育第3周,长出来的那条管子叫原肠。原肠的一端是胚孔,就是将来的肛门。另一端再开个口,就是嘴。

中间那条管子,就是你的消化道。你的脊椎、肋骨、肌肉、皮肤,都是在这条管子外面包出来的。你最早的形状,就是一根两头开口的管子。

原口动物和后口动物的分野,大约发生在5.5亿年前。那时候所有动物都还在海底,身体就是个管子。

有些管子嘴先长,有些管子肛门先长。就这么一个发育顺序的差别,最后一支变成了昆虫和螃蟹,另一支变成了鱼和人。你说奇妙不奇妙。

人类胚胎发育到第4周,还看不出是人——一条小管子,有鳃裂,有尾巴,跟鱼胚胎几乎一样。

到第8周,才慢慢长出手指人脸。这个过程叫重演律,意思是你在娘胎里把进化史快速走了一遍。而这一切的起点,就是那个最早变成肛门的胚孔。