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问题

生物是什么时候进化出屁股的？

回答
这个问题听起来有点好玩，但其实也触及到了生物演化中一个相当根本的方面——肛门的出现。严格来说，“屁股”这个词是我们人类赋予特定解剖结构的一个通俗说法，在其他动物身上可能就没有这个词那么贴切，但其核心功能——排泄废物——却是贯穿了许多生命体。

要说“屁股”是什么时候进化出来的，我们得从最基础的生命形式说起。

最早的生命：一个简单的开口

想象一下最原始的生物，比如单细胞生物，像细菌或变形虫。它们没有肛门，也没有我们通常意义上的消化系统。它们通过细胞膜直接吸收营养，然后将废物通过细胞膜排出。这时候，它们只有一个“入口”（比如伪足吞噬食物）和一个“出口”（排泄废物），但这两个功能是共用的，并且没有一个固定的、专门的结构。

消化腔的出现：半消化还是全消化？

再往前走一步，我们看到一些更复杂的早期动物，比如水母和它们的近亲，它们拥有一个叫做消化腔的结构。这个消化腔只有一个开口，食物从这个开口进入，进行消化和吸收，然后未消化的残渣也从同一个开口排出。你可以把这想象成一个只有一个门的“房子”，进出都走同一个门。这种消化方式被称为不完全消化。

真正的“肛门”的黎明：消化道的贯通

演化的关键一步发生在“消化道”的贯通。当消化道从一个囊状结构变成一个从头到尾贯穿身体的管道时，情况就发生了根本性的变化。这个贯通的消化道意味着食物可以从一端进入，沿着管道消化吸收，最后从另一端排出。

那么，是什么时候出现了这个“另一端”——也就是我们所说的肛门呢？这可以追溯到寒武纪生命大爆发时期，大约在5.4亿年前到5.2亿年前。

在寒武纪早期，地球上的生命形式经历了爆炸性的发展，出现了大量新的、形态各异的动物。许多我们现在熟悉的动物门类的祖先都在这个时期首次亮相。

其中一个重要的演化突破就是具有完整消化道的动物的出现。拥有贯穿身体的消化道，动物能够更有效地处理食物：

更连续的进食： 它们可以一边消化吸收一部分食物，一边继续吞噬新的食物，而不需要等待前一批食物完全排出。这大大提高了进食效率。
更好的废物分离： 食物残渣被更有效地分离出来，并且有专门的通道排出，避免了对身体内部造成污染。
专门化的器官： 随着消化道的进一步发展，出现了更精密的消化器官，如胃、肠等，而肛门的出现标志着废物处理的最终步骤也得到了专门化。

谁是第一批拥有“屁股”的？

虽然很难精确到“哪一个物种”是第一个拥有肛门的，但我们可以肯定的是，在两侧对称动物（Bilateralia）的演化过程中，肛门作为一个独立于口腔的排泄出口出现了。两侧对称动物的特征是身体可以沿一个平面分成左右两半，它们的身体结构通常更复杂，有明确的前后、背腹之分。

很多现存的动物门类，比如环节动物（蚯蚓等）、节肢动物（昆虫、虾蟹等）、软体动物（蜗牛、章鱼等）以及我们人类所在的脊索动物门，它们的祖先在寒武纪时期就已经获得了贯穿性的消化道和肛门。

所以，与其说生物“进化出了屁股”，不如说它们“进化出了肛门”——这个消化系统的末端出口。这个发展是生命效率提升和复杂化的一大步，使得动物能够更高效地摄取和处理营养，从而更好地生存和演化。

当然，“屁股”这个词，在我们人类身上，还关联着脂肪堆积和支撑身体的功能。从这个更广义的、我们人类独有的理解来看，这个“屁股”的概念就更晚了，它是在直立行走等演化压力下，为了支撑身体、缓冲运动而形成的，与单纯的排泄出口是不同的概念。但从消化效率和生命体功能性的角度看，肛门的出现绝对是生物演化史上的一个里程碑。

网友意见

user avatar

请允许我倒着叙述：

1. 需求足够大；

0. 就有足够的动力去进化出好看的屁股。
user avatar

哈哈哈哈哈哈 这是一个非常不错的问题

我们首先来看一下屁股的构成

屁股包括两个部分——骨盆及其周围的组织和肛门。虽然由于社会文化的关系，人们可能羞于提及这个部位，但是屁股毫无疑问是一个非凡的结构，在许多关键的生物学过程中起着核心作用，它不仅能帮助人类进行直立双足行走，并且在分娩和体温调节方面也有至关重要的作用。另外位于两瓣屁股之间的肛门作为消化道的出口，我想用一个情境来体现它的重要性——如果有一天这个开口被堵住，那应该是天底下最大的灾难。

目前的科学研究并不能解释肛门的起源

在生物进化研究中，嘴巴和肛门的重要性几乎是相等的，它们共同构成了消化道的两个开口，使得食物可以单向通行并且经过多重加工来保证高效利用，而且这种结构保障了进食与消化可以同时进行。然而在人类社会中二者的文化意义却差距极大，在日常生活中随意地提及这两个字甚至会被视为冒犯，这导致了研究肛门进化的科学家都明显少的可怜。目前人们并不清楚肛门的起源，不过还是有一些共识的，生物一开始是没有消化道的，后来出现了单开口的消化道，最终形成了双开口的消化道。

在对陕西南部宽川铺生物群中微型动物化石的研究[1]中，发现了最古老的原始后口动物——冠状皱囊动物（Saccorhytus），出现在距今5.35亿年前。它被认为是脊椎动物最古老的祖先，成体大小只有1毫米，腹面有可伸缩的环状口部。它没有明显的肛门，也就是说，它通过同一个开口摄入和排出食物。

之前我们一直认为海葵、海绵和水母是只有一个消化道开口的，而2019年在对现生栉水母的研究[2]发现，淡海栉水母（Mnemiopsis leidyi）可以通过肛孔排出食物残渣，然后用完之后这个肛孔就会消失。科学家尚未搞懂这其中的原理，有一种可能性是栉水母在几亿年中独立于其他动物进化出肛门状的小孔。也有可能是肛门曾在某种远古动物中出现过，随后在海葵、水母和海绵身上消失了。

我们目前并不清楚肛门的起源，栉水母可能是最早出现肛门的物种。

人类骨盆最早出现在鱼类身上

四足动物都是起源于肉鳍鱼。肉鳍鱼与我们常见的辐鳍鱼是有很大不同的，肉鳍鱼的鱼鳍有中轴骨，这为进化成人类附肢提供了物质基础，也由此开启了一段波澜壮阔的生物进化历程[3]。

鱼类在水中进化出四肢，这时候肉鳍鱼的腹鳍开始与脊柱相连，出现了骨盆的初步模型，四足动物的雏形开始出现。

这同样也在现生辐鳍鱼类中也得到了一些印证[4]，泰国山洞中的洞穴天使鱼（Cryptotora thamicola）可以逆着瀑布水流的方向往前行进，这与原始四足动物的步态比较类似，它的骨骼结构为我们理解生物进化提供了一些启发。

我们可以看到骨盆的原型结构首次出现在鱼类身上，然后随着鱼进化成人，骨盆的结构在这个过程中也发生着变化[5]，运功需求的加大让股骨变得往垂直化方向发展。

为了有效地利用双腿来行走，人类的骨骼必须要向新的形态变化，这就会影响到骨盆形态，骨盆由三部分构成：两块髋骨和一块骶骨，每块髋骨是由3个骨骼构成（髂骨、坐骨和耻骨），它们在生长和发育过程中逐渐融合在一起。人类作为双足直立行走的生物，不仅与最早的骨盆结构有极大的差异，与灵长类的亲属也有很大的差异。

我们可以看到随着生物进化，人类的髂骨通常会变得更短、更宽、更弯曲，股骨变得更加细长，这意味着人类骨盆由长而扁平的形状变成短而宽的碗状。骨盆经历了数百万年的进化，才形成现今的状态。

随着骨盆形态的改变，与之配合的肌肉也发生了相应的改变以适应运动需求。同时人类的脊椎变成s型，这使得人类双足行走的时屁股变成了承重区，这需要臀部肌肉的支撑。这也使得人类的臀大肌与其他物种有着极大的区别。

比较解剖学对比了猩猩和人类的臀大肌[6]，解剖结果表明人类只有臀大肌，并没有黑猩猩那样的股骨臀大肌，但是人类的臀大肌比黑猩猩的臀大肌更大更厚。臀大肌是腿部的主要驱动力。当我们需要进行姿势改变时，也需启用臀大肌作动力肌肉。这种结构的肌肉使得人类更加灵活，擅长快速改变姿态。举重运动员和短跑运动员的臀部比较结实也是由于臀大肌发达的缘故。

由于屁股并不是严格的生物学名词，这个概念对于不同的人来说可能有着完全不同的定义。

如果仅仅定义为肛门，肛门的起源依然困扰着科学界，不过我们还是相信肛门出现在寒武纪物种大爆发之前，科学界也认定肛门的起源应该从无脊椎动物下手开始查找起源，但是由于化石证据的缺失，目前偏向于认为可能起源于栉水母。

如果定义为骨盆，这个最早应该出现于鱼类。如果定义为人类这种屁股，那可能出现并没有多久。今天的智人与早期人类的骨盆差异还是挺大的，由于人类社会的审美，我们还是觉得同类最美。

参考

  1. ^Han, J., Morris, S. C., Ou, Q., Shu, D., & Huang, H. (2017). Meiofaunal deuterostomes from the basal Cambrian of Shaanxi (China). Nature, 542(7640), 228–231. doi:10.1038/nature21072  https://www.nature.com/articles/nature21072
  2. ^Tamm, S. L. (2019). Defecation by the ctenophore Mnemiopsis leidyi occurs with an ultradian rhythm through a single transient anal pore. Invertebrate Biology. doi:10.1111/ivb.12236  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/ivb.12236
  3. ^Tom Hogervorst, Heinse W Bouma & John de Vos (2009) Evolution of the hip and pelvis, Acta Orthopaedica, 80:sup336, 1-39, DOI: 10.1080/17453690610046620 https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/17453690610046620
  4. ^Flammang, B., Suvarnaraksha, A., Markiewicz, J. et al. Tetrapod-like pelvic girdle in a walking cavefish. Sci Rep 6, 23711 (2016). https://doi.org/10.1038/srep23711 https://www.nature.com/articles/srep23711
  5. ^Hogervorst, T., & Vereecke, E. E. (2014). Evolution of the human hip. Part 1: the osseous framework. Journal of Hip Preservation Surgery, 1(2), 39–45. doi:10.1093/jhps/hnu013  https://academic.oup.com/jhps/article/1/2/39/2188451
  6. ^Lieberman, D. E. (2006). The human gluteus maximus and its role in running. Journal of Experimental Biology, 209(11), 2143–2155. doi:10.1242/jeb.02255  https://jeb.biologists.org/content/209/11/2143

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