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附录的作用是什么?生物学家解释这个令人不便的器官的复杂进化过程
(MENAFN- 交流) 大多数人只知道关于阑尾的两个事实:你不需要它——如果它破裂了,你需要迅速手术。
这个基本的说法至少可以追溯到英国自然学家查尔斯·达尔文,他提出了自然选择的理论。在《人类的由来》中,他将阑尾描述为一种遗迹:是食草祖先遗留的器官,拥有更大的消化系统。一个多世纪以来,这种解释塑造了教科书和日常医学的常识。
但阑尾的进化故事实际上要复杂得多。
我和我的同事海伦·M·哈特曼,一位准备从事医疗行业的学生,结合我们在行为生态学、生物学和历史学方面的专业知识,回顾了关于阑尾的科学文献,原本期待得到一个简单的答案。
然而,我们发现了一个不断被进化重新塑造、比大多数人想象中更有趣的器官。
阑尾是如何进化的?
阑尾是一个小袋,分支于大肠的第一段。它的形状和结构在不同物种中差异很大——这是一个线索,表明进化可能多次对其进行了改造。
一些物种,包括某些灵长类动物如人类和大猩猩,拥有长而圆柱形的阑尾。而其他物种,包括一些有袋类动物如袋熊和考拉,阑尾则显得较短或漏斗状。还有一些啮齿动物和兔子,阑尾的结构比例不同或具有分支。这种结构多样性表明,进化在不同生态条件下对器官进行了不同的改造。
这一猜测得到了进化分析的支持。比较研究显示,类似阑尾的结构在哺乳动物的至少三个不同谱系中独立进化——有袋类动物、灵长类动物和Glires(包括啮齿动物和兔子)。一项更广泛的进化调查发现,阑尾在361种哺乳动物中至少独立进化了32次。
当某一特征反复且独立地出现时,生物学家称之为趋同进化。趋同并不意味着某个结构是必不可少的,但它确实表明,在某些环境条件下,拥有该结构带来了足够的优势,使得进化反复偏好它。
换句话说,阑尾不太可能是一个无用的进化意外。
阑尾的作用是什么?
阑尾支持免疫系统。它含有肠相关淋巴组织——嵌入肠壁的免疫细胞,有助于监测肠道微生物的活动。在早期生命中,这些组织让发育中的免疫细胞接触肠道微生物,帮助身体学会区分无害的共生体和有害的病原体。
阑尾在儿童和青少年时期特别富含淋巴滤泡,这段时间免疫系统仍在成熟。这些免疫成分参与粘膜免疫,有助于调节沿肠道衬里和其他粘膜表面的微生物群落。淋巴滤泡产生抗体,如免疫球蛋白A,以中和病原体。
研究人员还提出,阑尾可能作为微生物的避难所。一些人认为,生物膜——细菌的薄而有结构的群落——沿阑尾排列。在严重的胃肠感染中,许多肠道微生物被冲刷出结肠,藏在这些生物膜中的有益细菌可能得以存活,并帮助之后重新定植肠道。这些有益微生物协助消化、与病原体竞争,并以减少炎症和促进康复的方式与免疫系统互动。
这些假设引发了我们团队的一个问题:如果阑尾有助于维持微生物的稳定,移除它是否会微妙地影响繁殖适应性?
早期的临床担忧认为,阑尾炎或阑尾切除可能通过引起输卵管的炎症和粘连(输卵管粘连)而影响生育。这种粘连可能物理阻碍卵子通向子宫。但随后几项大型研究发现,阑尾切除后生育能力并未下降——在某些情况下,研究者甚至发现怀孕率略有增加。
阑尾似乎具有多重功能,包括免疫和微生物方面的作用。然而,影响生育似乎并不是其中之一。
进化的重要性与现代生活
虽然阑尾有着有趣的过去,随着进化不断重塑它,但在现代社会中的重要性最多也只是有限的。达尔文低估了这个器官的历史,但他在医学上的直觉并没有偏离太远:人类生物学中的某些部分在我们进化的环境中更为重要,而在今天的生活中则变得不那么关键。
早期人类生活在卫生条件差、社会联系紧密的环境中——这些都是导致腹泻病原体爆发的理想条件。阑尾能在感染后迅速恢复微生物群,有助于提高生存率。但在过去一个世纪中,清洁水源、改善的卫生条件和抗生素极大地减少了高收入国家中腹泻疾病的死亡率。
因此,曾经促使阑尾进化的压力基本上已经消失。与此同时,保留阑尾的医学风险——最著名的就是阑尾炎——仍然存在。现代手术通常通过切除感染的阑尾来治疗。曾经具有全球进化优势的结构,现在更像是一种医学负担。
过去的适应与现代环境之间的这种不匹配,体现了进化医学的一个核心原则:进化在祖先环境中优化生存和繁殖,而非在现代环境中追求健康、舒适或长寿。
进化在世代间作用于群体层面,偏好那些增加平均繁殖成功率的特征,即使这些特征有时会伤害个体。而医学则相反——帮助个体在当下的世界中繁荣,而不是仅仅为了适应过去的环境。
阑尾并不是“以防万一”的IKEA备用零件,但它今天也并非必不可少。人类生物学中有许多曾经有益、现在边缘化的特征,理解它们有助于医学做出更好的现代决策。