[圖文]揭秘人為何會打嗝:魚類祖先的進化遺產 | 陽光歷史

 

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[圖文]揭秘人為何會打嗝:魚類祖先的進化遺產

2015年11月23日 科學探秘-長篇 暫無評論 閱讀 289 次

揭秘人為何會打嗝:魚類祖先的進化遺產(圖)

  打嗝:負責控制呼吸的膈神經是魚類祖先在進化過程中遺留給人類的。這束神經受到阻斷或損傷,就會引起打嗝。膈神經傳導的腦信號會引起喉嚨和胸腔的肌肉痙攣,從而導致會厭關閉氣管。打嗝是在快速吸氣的同時關閉喉嚨,這一動作遺傳自蝌蚪:蝌蚪在水中用鰓呼吸,吞水時要關閉聲門防止水進入肺部,因為上岸之後它還得用肺呼吸。



揭秘人為何會打嗝:魚類祖先的進化遺產(圖)

  疝氣:在胚胎時期,男性性腺睪丸位於體腔中部,和鯊魚的性腺位置相當。但在發育過程中睪丸位置逐漸下移,最終到達體壁外的陰囊內。性腺下移的過程使腹股溝處體壁薄弱,致使男性在成長過程中容易形成疝氣,即一小段腸在腹股溝形成突起(右下圖)。



  魚類和蝌蚪逐漸進化成人類的同時,也把疝氣、打嗝和其他一些病症遺傳給了我們。


  撰文 尼爾·H·舒賓(Neil H. Shubin)


  翻譯 馮澤君


  我開始教授人類解剖學的時候,我所在的大學正好也在翻新實驗室。現在看來,這一巧合對我來說最恰當不過了。要知道,第一次教解剖學委實令人頭痛,這可不僅僅因為你必須得記住一大堆專業名詞,更重要的是,漫長的進化過程使人體內部的血管、神經以及其他組織,通過千奇百怪的渠道貫穿於身體的各個部位,看上去極其複雜混亂。


  當我正忙於理解人體內部結構時,實驗室所在的這幢百年建築開始翻新。我們鑿開牆壁,查看管道、電線以及其他內部設施,發現裡面是一團亂麻:電纜、電線、管道混亂地纏繞在一起,毫無秩序地貫穿於整幢建築內。沒有哪個正常人會依照這團令人抓狂的亂麻來設計這一建築——這幢大樓建於1896 年,在其後的百年間,進行過幾次翻修。每次翻修都添加了一些臨時設施進去,最終形成了現在這個樣子。要想搞清楚一條電纜或一條管道扭曲的路徑,你必須先要瞭解它們的歷史,瞭解在過去這些年裡它們經過了怎樣的改建。同樣,要想瞭解人體結構,也需要這樣的深入探究。


  就拿男性精索(spermatic cord)來說。精索連接著陰囊(scrotum)內的睪丸testis)和陰莖內的尿道(urethra),是精子排出體外的通道。陰囊就位於陰莖附近,所以你可能會以為,將兩者直接連接起來才是最佳的設計方案,但事實並非如此。精索從陰囊發出,上行彎入恥骨(pubic bone),再向下穿過髖關節下方的開口,最後才進入陰莖內的尿道。這一結構是在進化過程中遺留下來的,它始終困擾著醫學院的學生以及因為它而遭受疝氣折磨的男性同胞。


  魚類的遺產


  從魚類到人類的進化過程中,性腺位置下移,最後達到體外的陰囊內。這使得連接睪丸和尿道的精索形成一個迂迴曲折的圈,這個圈就是男性遭受疝氣困擾的根源。


  要想瞭解人類的身體結構,必須搞清楚我們和其他生物(從細菌、蠕蟲到魚類和靈長類)共有的進化史。仍以精索為例,人類性腺的進化過程,與鯊魚、其他魚類以及其他多骨動物十分相似。在發育初期,人類性腺(女性的卵巢或男性的睪丸)在體內的位置較高,位於肝臟附近,這很可能是因為發育為性腺的組織就是在此發生相互作用的。在成年鯊魚和其他魚類體內,性腺就位於肝臟附近較高的位置。這很可能是因為魚類的精子能夠在體腔內形成,所以它們保留了祖先的這一結構。


  在這一點上,人類和其他哺乳動物則與魚類祖先不同。在發育過程中,男性胎兒的性腺不斷下移,而女性胎兒的卵巢也從體腔中部下移到子宮和輸卵管附近,這樣卵細胞不用移動太遠的距離就可以受精。相比之下,男性性腺下移的距離更遠,一直要下移到位於體外的陰囊內。


  男性性腺位置的下移對產生健康的精子十分重要。一個可能的原因是,哺乳動物是恆溫動物,而產生大量健康精子所需的溫度是低於體溫的。事實上,一項研究甚至表明,穿緊身三角內褲的男性,改穿寬鬆的四角短褲後,的確能在某些方面改善精子質量。這是因為,緊身三角內褲壓迫陰囊緊緊貼著身體,而寬鬆的四角短褲則可以保持陰囊懸掛其中。所以,哺乳動物的陰囊位於溫度相對恆定的體腔之外,有利於調節適宜精子發育的溫度。


  但性腺下移也帶來了一個問題:睪丸要下移很長的距離才能到達陰囊內,因此在下移過程中,原本連接睪丸和尿道的精索就會形成迂迴曲折的圈。不幸的是,對男性來說,這個圈會在頂點附近的體壁上造成一塊薄弱區域。有幾種類型的疝氣,正是由於體內一小段腸子從這個薄弱區域穿出而形成的。這種類型的疝氣可能是先天性的:小腸片段在隨著性腺下移的過程中,穿破體壁薄弱區域;也可能是後天逐漸形成的:體壁上存在的薄弱區域,隨時可能被小腸穿破。進化遺留給人類的疝氣,反映了人類進化史的不同層面:曾經是魚,現在是哺乳動物。


  我們為什麼會打嗝


  打嗝是魚類和兩棲類祖先的遺產:人類長長的呼吸神經來自於魚類;而打嗝的原理其實就是兩棲類動物在水裡用腮呼吸時的工作機制。


  除了上面說的疝氣,類似的進化分析法也可用於其他一些人類病症,比如打嗝。有的人打嗝幾分鐘就好;有的人則會打幾個月,嚴重影響生活質量;更有甚者連打幾年——不過這種情況很罕見。打嗝是喉嚨或胸腔的肌肉痙攣所致。「嗝」的一聲是由於急速吸進空氣時,會厭(epiglottis,喉嚨後方的一瓣軟組織)閉合而產生的。所有這些動作都是在完全無意識的狀況下產生的。打嗝的誘因


  有很多,比如吃得太快或者太多。胸部的腫瘤也會引起打嗝,當然這種情況就比較嚴重了。


  根據一個論據充足的假說,打嗝至少揭示了人類進化過程中的兩個階段:魚類階段和兩棲類階段。我們從魚類那裡繼承了主要的呼吸神經,其中之一是膈神經(phrenic),這條神經從頭骨基部發出,最後穿過胸腔和橫隔膜(diaphragm)。然而蜿蜒曲折的神經路徑也帶來了一系列問題:在這長長的神經纖維上,只要任何一個地方出現問題,都可能影響我們的呼吸能力。如果神經纖維受到刺激,就可能引起打嗝。其實,呼吸系統更合理的設計應該是,使神經從橫隔膜附近的某一位置發出,而不是從頸部發出。遺憾的是,我們的呼吸神經是從魚類祖先那裡進化來的,而魚類的呼吸器官——鰓就位於頸部附近,而下面的橫隔膜是我們後來才進化出來的。


  如果說神經傳遞的怪異路徑源於我們的魚類祖先,那麼打嗝大概可以歸咎於兩棲類祖先了。研究表明,打嗝時的肌肉與神經活動模式也可以在其他生物體上觀察到,但並不是所有生物——確切地說,蝌蚪身上會發生類似的神經肌肉活動。蝌蚪是用肺和鰓呼吸的兩棲類動物。用鰓呼吸時,水被泵入口裡和喉嚨,再經鰓排除,在此期間還要防止水進入肺裡。這要怎麼實現呢?吸水時,蝌蚪會合上聲門關閉氣管。實際上,蝌蚪用鰓呼吸的時候,就是用類似人類打嗝的機制來避免水進入肺部的。


  我們並非一開始就活躍在辦公室、滑雪坡、足球場。在漫長進化史的不同階段,人類生存環境各異:遠古海洋、小溪流水、熱帶草原……過去和現在的環境迥然不同,這也意味著身體的某些病症並非無理可依。人類膝蓋、背部和腕關節的主要骨骼,都是從百萬年前的水生生物進化而來的。由此看來,我們膝蓋會撕裂;走路可能導致背痛;長時間打字、編織或寫字又可能引發腕管綜合征……這些也就不足為奇了,因為我們的魚類和兩棲類祖先並不做這些事情。


  展開魚的身體構架,將構建蠕蟲的基因稍加改進之後對此構架進行修飾,然後將它裝扮成哺乳動物,再鍛煉它直立行走、說話、思考並靈活使用雙手。這樣,我們就知道病痛從何而來了——將魚進行如此裝扮是需要付出代價的。如果這一設計完美無缺,不留任何進化歷史的痕跡,那麼我們就不會遭受痔瘡或疝氣的困擾了。同樣道理,我們實驗大樓的翻修也就不會這麼昂貴了。


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