肛門是如何“轉正”的？

陸欣

海綿的嘴巴同時也是肛門

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

但是，你能想象嗎？生命剛出現的時候，生物們其實是沒有肛門的，那時候的生物是如何消解“宿便”的呢？肛門這個重要部位又是如何演化的？

口肛合一的動物

我們知道，吃下去的食物不可能百分百地轉化成養分，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排不出去，最終就會將身體撐爆。在生物還很迷你的時期，廢物也都是微粒，可以通過皮膚排放到外界。但隨著生物越來越大，廢物體積也在變大，它不再能輕松排出體外，這可怎么辦呢？這時候的生物全身只有一個開口，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動物。

海綿和海葵是常見的基礎動物，胚胎發育時分裂出的胚孔最終發育成了嘴巴，同時也是它們的肛門。海綿和海葵的體型都不大，它們不愛運動，常常將自己埋在海底淤泥中，一整天一動不動。當獵物經過時，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，廢物經過相同的通道再次回到口中，由此排出體外。科學家猜測，可能是為了方便原路運輸廢物，海綿們的體型才長得不太大。

“粗制濫造”的臨時肛門

本來科學家以為，像海綿和海葵這樣原始的生物就是沒有肛門的，可是櫛水母的出現完全顛覆了這一認知。櫛水母也屬于腔腸動物，也就是我們通常所說的有口無肛門的一類動物，大多數時候科學家都看不到它的肛門，讓人想不到的是，它竟然能臨時“制造”肛門。

2016年，美國邁阿密大學的演化生物學家威廉·布朗拍攝下了櫛水母從進食到排遺的一系列視頻：經過基因改造后發出熒光的小型蝦蟹和斑馬魚作為食物投放到水缸中，櫛水母來者不拒地吞下了這頓大餐。通過追蹤熒光蛋白，科學家可以輕松觀察到食物在櫛水母體內的通行路徑。一段時間后，與科學家預想不一致的事情發生了，一粒粒紅色小點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！

這個小孔被認為是櫛水母的“臨時肛門”，是只有在需要排遺時才會形成的開口。當體內廢物堆積時，櫛水母的腸道就會向外擴張，直到與表皮融合在一起，表皮裂開一個之前沒有的小孔。當廢物通過這個新肛門排出體外后，腸皮和表皮就會分離，各自恢復為單獨的兩層，小孔消失。臨時肛門形成速度快，使用率也很高，成熟的櫛水母幾乎每小時都得制造出一個新肛門，而幼年櫛水母大約每10分鐘就會生長出一個肛門。

具有臨時肛門的櫛水母

陰莖蠕蟲被認為是擁有正式肛門的最古老生物之一

這個臨時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的時候，類似肛門的結構就已經演化出來了。

飄忽不定的“肛門”

在櫛水母身上發現了臨時肛門后，一個新的疑問浮現在科學家們的腦中：根據基因譜系和身體構造分析，櫛水母和海綿、海葵及水母屬于近親關系，它們擁有共同的祖先。那么，為什么櫛水母有臨時肛門，海綿、海葵卻沒有呢？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古動物祖先身上出現了，隨后在海葵和海綿身上消失了，在櫛水母的身上有部分殘余。再后來，它們才重新出現。

肛門再次出現的時間是什么時候呢？科學家估計，大約在5億年前。在中國云南省澄江縣，有一個著名的動物化石群，柔軟潮濕的地質環境將5.3億年前該地區所有種類的生物完整地制成化石保存了下來。正是在這里，科學家們找到了擁有正式肛門的最早的生物。20世紀八九十年代，科學家們在澄江找到了陰莖蠕蟲的化石，發現它具有與人體相似的消化系統和結構完整的肛門。

在對陰莖蠕蟲的腸道、胃部和肛門的基因表達進行了研究后，科學家發現了一些演化的規律，這種蠕蟲的消化系統的演變過程與人類、魚類和蛙類相同，而且演變過程中涉及的基因也完全相同。其中兩種基因在肛門的進化中扮演著至關重要的作用，它們讓生物演化出了功能完整的肛門，而其它沒有這些基因的生物只有“臨時”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，科學家們又發現，盡管蠕蟲的肛門結構看起來與人類的很相似，但是兩者的來源卻并不相同。前文說過，在基礎動物中，胚孔會發育成嘴巴。在蠕蟲身上，胚孔也發育成了嘴巴，但在胚胎中與胚孔相對的另一頭，它還多了一個開口，這個開口就發育成了蠕蟲的肛門。本來，科學家們以為人類的肛門也與此相似，但對胚胎發育進行分析后，他們發現，人類的胚孔發育成了成體的肛門，而另一端新的開孔發育為了嘴巴。

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

在澄江化石群找到的目前最早的后口動物——皺囊蟲也許能稍稍解開我們的疑惑。皺囊蟲長相很怪異，它就像只有一個開口的袋子，長著一張“血盆大口”，嘴巴上方還有四對眼睛似的錐形孔洞，但這并不是眼睛，其實是鰓孔的雛形。你可能迫不及待要提出異議了，皺囊蟲既然只有一張大口，那不就是有口無肛門嗎？它怎么是后口動物呢？其實是因為它擁有那四對錐形孔洞。

皺囊蟲為肛門的演化提供了新思路

在早期的后口動物中，鰓孔是氣體交換和廢物排出的重要器官，當它們將水和食物一起攝入體內時，多余的水和消化后的較小的廢物會從鰓孔流出。后來的后口動物也繼承了這一特征，水生魚類的必需結構是鰓孔和鰓裂，陸生動物盡管不再靠鰓呼吸，但在胚胎發育過程中依然會出現鰓裂結構。因此，鰓孔被認為是后口動物最典型的特征，而擁有鰓孔雛形的皺囊蟲就被歸類為了后口動物。

而有鰓孔無肛門的皺囊蟲給我們提供了另一種思路，當既能呼吸又能排泄的鰓孔出現時，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越大，鰓孔無法排出時，肛門又演化了出來？這些問題都還等待更多的研究來解答。

肛門，這一小小的結構經歷了這樣復雜的演變過程，直到今日，它演化的秘密都還沒有完全解開。