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为了交配,雄性动物进化出丁丁骨,为何人类男性却没有?

  和其他动物相比,人类在生理上表现出了诸多的不同点,比如:人类女性的排卵期十分隐蔽,没有"发情期"的限制,不存在季节性集中生育的现象,繁衍周期也不受食物资源的限制。
  至于人类男性,在生理构造上亦有"异常点":丁丁前部均不存在独立的骨骼结构,而其他灵长类动物却保留着一根丁丁骨。简单来说,男性在生殖器官的构造上有所缺失。
  在哺乳动物中,丁丁骨是独立存在的条状骨骼,其大小、形态、骨骼数量各有不同,具体因物种而异。科学家发现,丁丁骨的进化之路和动物的生殖策略密切相关,人类失去丁丁骨的原因就隐藏在其中。雄性动物的丁丁骨
  丁丁骨的专业术语为阴茎骨,它起源于生殖器软组织内的原始细胞,形成过程受雄激素的影响。生物解剖学证实,丁丁骨具有很高的多态性,科学家描述其为"所有骨骼中最具多样性的一根"。
  形态各异的丁丁骨
  在大小方面,丁丁骨没有标准的尺寸,种间差距可达几十乃至上百倍。雄性海象的丁丁骨约占体长的15~18%,其解剖结构能达到50~60cm,化石中更是留下1.4m的惊人记录。在灵长类动物中,丁丁骨则显得微不足道,一般只有1~2cm。
  丁丁骨的大小可以相差很大
  同样是灵长类,尺寸的差距也可能很大。举两个极端的案例:黑猩猩和大猩猩,前者的丁丁骨可达1.9cm,后者却只有6mm,相差了近3倍。与之相比,人类则更加特殊:男性根本就没有丁丁骨。
  目前,科学家在哺乳动物的九个目中都发现了丁丁骨,典型动物包括猫、狗、鼬、熊、蝙蝠、兔、刺猬等,生活在海洋中的鲸类和鳍足类(海象、海狮、海豹)也都有丁丁骨。其中,食肉目、灵长目、翼手目、啮齿目比较特殊,丁丁骨的存在并不统一,部分物种在进化中丢失了这一结构。
  除了大小,丁丁骨的形态也具有多样性:有平直光滑的棒状结构(海象),有分化出近支和远支的特化结构(欧洲水貂),也有不规则的叉状和勺状结构(啮齿类),还有弯曲的S型结构(浣熊)。
  欧洲水貂(黄色)和海象(紫色)丁丁骨的模拟对比
  2012年,科学家整理了三类丁丁骨并根据形态将其分类,如下图所示。第一类是左上角地松鼠的丁丁骨,前端有多个尖锐倒钩,后端膨大,中间向内凹陷;第二类是右上角田鼠的丁丁骨,前端呈三叉戟结构,后端则呈哑铃状,对称分布;第三类看起来更加正常,上面两根来自熊科动物,呈棒状,最底部则是海狮的丁丁骨,两端膨大且有凸起结构,粗糙程度也更高。
  为什么丁丁骨会表现出高度的多样性?2016年6月,发表在Oxford Academic期刊上的论文给出了解释:哺乳动物的丁丁骨并不是同源结构,而是独立起源、独立进化,各物种的繁殖策略又不尽相同,由此才产生了形态各异、千奇百怪的丁丁骨。人类祖先曾有丁丁骨:"神秘骨骼"究竟有哪些作用?
  系统发育树的研究揭示了丁丁骨的起源。研究表明,丁丁骨在距今1.45亿~9500万年前开始出现,这意味着灵长类和食肉动物的共同祖先都具有丁丁骨。
  灵长类的系统发育树(部分)
  大约5000万年前,第一批灵长类动物独立进化出了丁丁骨,但在漫长的演化过程中,人类却失去了这根骨头。不过,微弱的解剖学证据还是被保留了下来:男性的丁丁还保留着与丁丁骨有关的远缘韧带。
  大家可能会问了,丁丁骨到底有什么作用?雄性动物为什么会进化出丁丁骨这种结构呢?
  通过长期的系统研究,科学家发现这根骨头大有用途!
  一方面,丁丁骨能延长动物的交配时间。调查表明,有丁丁骨的动物多数都能坚持三分钟以上,而且相对尺寸越大,交配时间就越长。比如:犬类的丁丁骨长约10cm,交配时间可达10~30分钟;浣熊的丁丁骨平均长约11cm,交配时间可持续1个小时。
  犬(上图,箭头指示尿道沟)和浣熊(下图)的丁丁骨
  但也有例外,"三分钟以上"的规律并不适合黑猩猩和倭黑猩猩,前者的交配时间只有短短的7~8秒,后者也只有13秒左右,但它们都有一根小巧的丁丁骨。
  另一方面,丁丁骨还能起到保护尿道、促进精子运输,与海绵体共同组成功能体、为丁丁提供额外刚性支撑的作用。对于某些物种(比如猫),丁丁骨还能协助刺激雌性的生殖道,诱导雌性排卵,从而增加受精成功的概率。
  再如:2013年澳大利亚的研究人员提出,雄鼠的丁丁骨能够有效刺激雌鼠的生殖道,提高了后者的排卵率。2020年10月发表的研究再次说明,丁丁骨或有助于雄性动物的顺利插入并刺激雌性伴侣。
  需要说明的是,这根骨头并不是百利而无一害,它也给雄性动物带来了骨折的风险。
  丁丁骨属于骨质结构,具有一定的承重作用。在交配和繁殖季节,同性之间的攻击、交配时负荷过大等都容易导致丁丁骨发生骨折。2011年,Shari等学者明确指出:犬科动物的丁丁骨存在常见的骨折现象;在2000年,Bartosiewicz还报道了海象丁丁骨的罕见骨折案例。
  犬类丁丁骨的骨折现象
  整体而言,丁丁骨对于动物的繁殖是利大于弊。更微妙的是,不同形状的丁丁骨还能起到不同的机械功能,与物种的交配过程相适应,提高了个体基因延续的效率。在进化中,人类男性为什么会失去丁丁骨?
  首先要明白一点:雄性动物之所以会进化出丁丁骨,其实是受到了生殖策略的影响。
  科学家发现,有两类动物更容易进化出丁丁骨。第一种是季节性繁殖的动物群体,具有繁殖时间短、任务重、竞争压力高的特点。借助丁丁骨的支撑作用,雄性交配的时间更长,更容易让雌性受孕,个体的繁殖优势也就更明显。
  第二种是一夫多妻制的动物群体,这类雄性动物的繁殖竞争也相当激烈,对丁丁骨的需求更高。以家鼠为例。Stockley等学者在研究家鼠的繁殖行为时发现:雄性家鼠丁丁骨的形态、大小和生殖竞争有关,其宽度是衡量生殖成功率的重要指标,通过宽度值就可以预测每窝后代的平均数量和繁殖总数。
  家鼠丁丁骨的宽度是衡量生殖成功率的重要指标
  既然丁丁骨有助于延长交配时间、提高繁殖优势,那人类为什么会没有呢?对此,科学家也给出了解释:还是和人类的生殖策略有关。
  科学家推测,大约在190万年前的直立人时期,人类可能就已经告别了丁丁骨。当时的人类从谱系中和黑猩猩、倭黑猩猩分裂出来,交配系统开始转向一夫一妻制,雄性之间的生殖竞争大大减小。
  随着人类的进化,女性逐渐失去了固定发情的特征,全年都能进行亲密活动。和其他动物相比,人类男性追求配偶的竞争压力更低,亲密需求更容易得到满足,既没有"生殖季节"的限制,也无需再为了繁殖竞争而提高交配时间。
  久而久之,人类祖先逐渐失去了对这根骨头的需求,这很可能是压垮丁丁骨的最后一根稻草。丁丁骨进化的奥秘
  2016年,科学家创建了一棵包含3707个哺乳动物的系统发育树,揭示了丁丁骨进化的奥秘。
  通过模拟与测试,Nicholas G.Schultz等学者对丁丁骨的演化进行了1000次迭代,结果显示:哺乳动物的丁丁骨以一定的频率出现或消失,平均获得了9.5次,丢失了11.5次。在其中50%以上的迭代模拟中,有9个分支的类群进化出了丁丁骨,另外10个分支的类群则出现了"丢失"现象。
  哺乳动物的系统发育树:红色分支有丁丁骨,蓝色没有
  由此可以得出结论:在哺乳动物的进化过程中,丁丁骨至少出现了9次,丢失了10次。丁丁骨反复出现与消失,看似让人捉摸不透,实则体现了各种动物对不同生殖策略的适应。
  科学家还发现,在丢失丁丁骨的动物中,有很多依然保留了基因上的蛛丝马迹,在今后的演化中可能会再次出现。
  丁丁骨的进化模型参数
  例如:Hershkovitz发现,灵长类动物的丁丁骨存在"摇摆不定"的现象。成年的秃猴没有丁丁骨,但在其胚胎发育的过程中,却存在丁丁骨分化的痕迹。这种现象表明,某些动物并未彻底丢失丁丁骨的相关基因,遗传途径相对保守,今后随着环境(生殖策略)的改变,再次进化出丁丁骨也不是没有可能。总结
  雄性动物的丁丁骨充满了神秘与神奇,虽然其形态迥异,大小千差万别,但本质上都是生殖竞争、适应进化的结果。
  灵长类动物、食肉动物的共同祖先都具有丁丁骨。所不同的是,人类祖先选择了不同的演化道路,男性追求配偶、繁殖后代的竞争压力减小,一年四季都可进行亲密活动,最终在进化中丢失了丁丁骨。

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