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任意两个人之间是同胚吗?

2025-01-06科学

这个「同胚」是个拓扑学的概念,就是说「两个形状在拓扑学上等价」。

如果你完全没接触过拓扑学,你可以试着想象把一个橡皮泥捏成的物体变形为另一个形状,只要你 不撕开、也不粘合 ,它们就可以被认为是同胚的。简言之,同胚就是能够通过连续的变形,让两个形状看起来一模一样,尽管它们的具体样子可能非常不同。

如果大家玩过陶艺的话,会注意到,一个泥巴球中间打一个凹陷,通过拉坯制成杯子、罐子甚至是形态非常复杂的工艺品。但是这个过程并没有发生 撕开或者粘合 ,那么这个杯子/罐子依旧可以从拓扑学上认为是一个泥巴球。

【人鬼情未了】名场面

而如果你要自己做一个带把手的马克杯,无论如何拉坯,都无法制成,必须要撕开一个口子或者粘合一个把手。如果你要把一个橡皮泥捏成的马克杯揉成球,必然会把把手环破坏掉——把手环被黏合封闭了。所以同拓扑学上,马克杯和杯子、泥巴球不一样。但是如果单纯变形,不撕开或者黏合,马克杯最终会变成一个环,因为马克杯的腔体实际上是一个 凹陷 ,而这个凹陷可以被抚平。但那个把手环则是一个真正的 孔 。

好了,通过这个拉坯制陶器的例子,你已经对拓扑学有一个简单基础了。说来惭愧,我在学解剖之前对拓扑学一无所知。自从我想明白了拉坯制陶的这个场景之后,我学习组织胚胎学和解剖学就进入了一个全新的世界。

解剖学中的拓扑学思维

学解剖的时候,我们的人卫版教材其实没有一个提纲挈领的方法论,来帮助完全0基础的学生们简化人体的模型,而是生搬硬套的聊起了解剖学历史和基本方法,因为没有考点,老师们就一笔带过直接进入骨学。

但是大二的时候我在油管(那时候国内还可以自由观看)看了巩特尔·冯·哈根斯的解剖学课程【Anatomy For Beginners】,站在模特身旁介绍消化道的Lee教授拿出了一个甜甜圈。

他把整个 消化道简化为一个甜甜圈 ,甜甜圈的一头开口是嘴巴,另一边开口则是肛门。中间的孔洞其实就是整个消化道。而外围的面包成分则是延续在消化道外的各种组织,包括粘膜下层组织、平滑肌、消化腺等等。 甚至我们的身体也可以简化成这个甜甜圈 ,我们所有的神经系统、循环系统、淋巴和免疫系统、内分泌代谢系统、运动系统都围绕着这个管子展开。也就是说,人体的复杂结构都是在服务这个消化道。

哈根斯先生最终将尸体上分离下来的消化道完整展开,呈现在观众面前

如果单纯从消化道的角度来看,整个消化道就是一个「甜甜圈」。而消化道上各种消化腺体,小如肠腺、唾液腺,大如肝脏和胰腺,都有管道直通消化道的管腔。但这些消化腺的管道,即便分支再怎么复杂,其实都可以简化为一个盲管。

复杂的胆道系统实际上可以简化为一个小泡状的盲管

所以,与消化道相通的腺体管道再怎么多,无非是甜甜圈孔壁上一些微不足道的小凹陷罢了,并不增加孔数。

人体在形成的最初阶段是一团细胞,然后出现三胚层结构,内胚层向内卷曲,最终会形成肠道。

三胚层分化形成一个胚孔
内胚层(黄色)还没有形成管道,而是一个腔体,但前肠中肠和后肠已经初具规模
口和肛门还没有出现,「肠依旧是囊腔」
完整的消化道呼之欲出,只不过肛门和口都还有一层薄膜封着,此时,肝脏和胰腺也开始发育了。此后复杂的肝胆管和胰管此时都还只有最细小的分支,随着器官发育,这些管道也会开枝散叶

人体的孔

前面重点着墨写了消化道这一个孔,人体还有哪些孔呢?

这就要从其他管道来看了:

泌尿道

泌尿道,咱们继续看简化模型:

肾脏就是无数个肾单位的集成体。其内部就是毛细血管形成的一个血管球,外面包裹着一个「囊」,血液滤出来的东西被「囊」收集起来,通过细细的管子,配合周围的毛细血管重吸收和浓缩,进入集合管系统,再进入肾盏,肾盂,经过输尿管进入膀胱,再从尿道出来。

所以泌尿系统的简化模型就是一个盲管,开口在尿道口,而后面的管道则有N多个小分支,形成小管系统,其终末端就是包在毛细血管球外面的「囊」。也就是说,泌尿道是盲管,不是孔。

生殖道

男性生殖道相对简单,睾丸外面包裹着相对致密的白膜,血液甚至都被血精屏障给严密隔开,生精小管都是盲管,他们汇总到附睾

附睾汇总后再由输精管穿过前列腺,进入尿道,在此过程中,还有精囊腺的汇入。

所以本质上, 男性生殖道又是盲管

女性生殖道则是阴道-宫腔-输卵管这样一条线路,本质上看好像还是盲管系统。

然而,输卵管伞是开放的,也就是说女性生殖道和盆腔是想通的。这就导致一个复杂的情况,所以本质上,女性生殖道这里是一个独立的孔,它的路径可以理解为阴道与外界想通,从一侧输卵管进入盆腔,然后从盆腔进入另一边输卵管伞,再回到宫腔,从阴道出来——一个独立的孔。

肺

虽然肺里面有无数肺泡,本质上其实还是个盲管。

鼻孔

从人体矢状切面上看,鼻腔也是一个独立的孔。

外耳道-咽鼓管

外耳道因为鼓膜的封闭,本质上又是一个盲管,它和咽腔伸出来的咽鼓管隔着鼓膜相望。

眼睛

眼睛的结膜囊本质上又是一个盲管

不过很多人会护士一个很微小的结构,泪小管-鼻泪管系统。

每个泪小点就是一个鼻泪管开口

也就是说,眼睛和鼻腔是想通的,这就又加了一个孔。这个泪小管还是Y形的!所以一个鼻泪管就增加两个孔啊。

人体的空腔

其实从拓扑学上理解人体结构还必须要考虑的结构还有真性的空腔。

解剖学上所谓的「空腔脏器」其实是拓扑学上的「孔」,而不是真的「腔」。拓扑学上的腔,典型例子就是泡泡——在肥皂液的波层囊壁内部,有一个完全封闭的腔室。

像是整个脑脊髓膜,包着脑子和脊髓还有脑脊液

胸膜腔被纵膈一分为二,左右各一,纵膈里面还有个心包腔

腹腔里有个腹膜腔,男性的封闭,是一个腔,女性的跟输卵管伞相通,只算一个孔

意外的相通和封闭

如果你感冒了,鼻子彻底堵住,那么你可以把鼻腔、鼻咽视作消化道上的一个盲管,孔-1

如果你因为肺内感染导致细支气管之间出现了一根交通支,那么树枝状的盲管系统一下子就多了一个想通的管子,孔+1

你要是一巴掌被人家打破了鼓膜,外耳道跟咽鼓管通了,孔+1

爱迪生小时候惹祸被扇巴掌,一侧耳聋,很可能比你多一个孔

如果你因为肺内感染导致气管内形成了一个脓肿,腔+1

如果一侧输卵管阻塞或者宫外孕切除,那么孔-1

如果你因为细粒棘球绦虫感染,在肝内形成了一个包虫囊,腔+N

如果你不幸得了肛瘘,孔+1

瘘管再小,那也是一个孔

甚至是如果你打了一个耳洞,孔+1

穿孔爱好者,孔+N

这咋算?

你要是在某些人家看不到的什么隐蔽部位打了孔,这孔数咋算嘛!

所以啊,看上去一眼的俩人,因为一些小小的病变、小小的癖好,都会出现不同胚的情况。