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这个问题在各种网媒和科普文有广泛的解释，这里全方位地汇总一下可以查到的科学资料解说下这一问题的答案，文字比较长，可以先浏览标题：
性向取决于性心理，而非生理性别对于高等动物来说，性向取决于性心理，而非生理性别。在自然界，生理性别和心理性别大致一致，但不总是一致。这个情况在高等动物当中情况相当突出，因为高等动物的神经系统更为复杂，决定性取向的因素并非只有基因因素一项，神经系统的发育过程中经历的各种因素，都会影响动物成长成为成体后的各方面偏好，这并不止局限于性取向。实际上，诸如性格（如内外向），好奇心，运动积极性,入睡时间偏好（如夜猫子对早鸟）、食性等心理特质也有类似的“境遇”—都有遗传原因，也有发育原因，但是并不太受到社会关注。而性取向牵涉到人类社会的文化和禁忌，因而受到人类社会的关注更多，争议也多。（古希腊男子间性行为甚至是社会习俗，但后来的某些宗教则认为这有严重的问题）。[头条·小宇堂-未经许可严禁转载]
高等动物性向的形成根源比低等动物复杂，各种因素的自然发生率的叠加，使得性向在各种物种中呈现某种天然的发生率分布。例如：
60%的雌性倭黑猩猩都有双性性行为，雄性也会与同性发生性行为，但大多只是“一夜情”；雄性宽吻海豚几乎都是双性恋，与同性和雌性的性行为频率各占一半；55%的雄性美洲野牛在交配季节会与同性发生性行为，一天里多达数次；9%的雌性羚羊会与同性发生性行为；20%的天鹅会与同性伴侣一起照料其中一只与另一雌**配后产下的卵（当然，两位鹅先生先得把作为“生育机器”的雌性扫地出门）；符合此比例情况的还有灰雁（或许还有很多其他鸟类有类似现象）。成年雄性海象，还有雄性灰鲸几乎都会享受与同性的性行为，有时候还是群体性的。上图：狮子的基情也被发现。性向不是明确界定的我们可以这么来理解性取向的差异：即便是异性恋也并非对所有异性都有性冲动，而同样，并非所有的同性恋对所有的同性都有性冲动。这似乎是对性取向最通俗最精确的划分描述—“对什么样的对方有性冲动”，这取决于神经系统的反应，也就是性心理（这方面心理学的研究比较充分）。于是在这个意义上，异性恋、同性恋、双性恋不过是对性冲动对象的范围有所不同而已。只是异性恋性冲动的对象恰好都是异性（或者部分异性），而同性恋则都是同性（或者部分同性），至于双性恋，则横跨两个群体（也不是来者不拒），也有无性或性弱人群对多数人都没有性冲动。即便上述这种划分并也不是明确的，有人在一生之中性向发生转变也是可能的（不少人在青春期有同性性经验，只是因为禁忌原因很少透露），此外，改变生理性别不一定同时改变性向。但天生的性向与在特定生理条件或者社会条件下采取的性向的成因也是有区别的，前者更为稳定，而后者则可能易于改变。例如在男性集中且禁欲的**、监狱，同性性行为往往更容易发生—作为异性性行为的替代。这里得强烈警告吃瓜父母注意看清本质和区别，勿“轻易下结论”，也勿“强掰”，顺其自然为宜。针对不同性向的成因，科学界历来有各种各样的研究。传统心理学因为一直从“心灵的窗口外”以治疗角度研究此问题，往往抓不住本质，还曾得出“心理变态”以及“矫治有效”错误结论。而近年科学的结论多来自于遗传学、神经生物学、发育生理学等等，形成了几种较有说服力的主流假说。但目前仍不能认为性向的成因已经完全明确，或许对于每个个体，其成因都是复杂和独特的，有共性但也有个性。这些主流假说包括：
遗传假说该假说认为存在多个同性恋基因或者表观遗传因素，多种遗传因素叠加的结果提升了个体成为同性恋或者异性恋的几率（仅仅是几率）。这是目前各大商业基因检测公司报告里面的热点，所谓“彩虹指数”，但评论区里面“打脸”报告结论的回复也是此起彼伏，诸如：“彩虹指数这么低难道我是被掰弯的！“直男一枚彩虹指数超高怎么办？显然，一方面基因检测公司是挂着少数的研究结论的“羊头”，**产品的“狗肉"，博眼球而已；而另一方面，顾客们也应该充分理解所谓“概率”的含义！在人类，典型的被认可的同性恋基因包括x染色体上的xq28区段、grm5基因、slitrk6、wnt-4基因、fucm基因、sphinx等基因，但区区这些个基因就能完全决定复杂性向的成因还是有点难以令人信服。这些基因可能是共同作用的，且权重不同。而相关的遗传学研究的历程也是一波三折，但好歹也在2012年有了一个大型的大概令人信服的研究结论。下面列出了这些遗传学方面研究的主要历程和成果：
1993年，有两项研究公布使用了x染色体上的22个标记进行连锁分析之后发现同性恋男性在家族母系一方有更多的同性恋叔叔和表兄弟，而非父系一方较少（这暗示了母系独有基因的影响）。x染色体的xq28区段对于性向的影响被描绘出来，这被媒体广泛称为“同性恋基因”，引起了很大的争议（因为否定了之前心理学认为的“心理变态”论，跟宗教信仰也扛上了）。1998年，又有类似研究发现母亲一方同性恋兄弟的舅舅中有13％是同性恋，而父亲方面的此一比例仅为6％。虽然后来也有实验无法重复上述结论。但荟萃分析表明xq28区段与同性恋的表型特征又显著的关联，但也认为可能还有其他基因因素参与其中。（一篇论文并不能完全置信，而荟萃分析综合了大量论文的结论、相关评述和资料，在技术上大大提高了结论的可信度。2012年美国人类遗传学会的一组独立研究人员完成了首次大型、全面的多中心遗传连锁男性性向研究。该研究的研究群体涵盖了409对同性恋兄弟，研究人员分析了超过30万个单核苷酸多态性标记，数据强烈印证了之前关于xq28区段的发现，并且在8号染色体的中心结附近区域也检测到显著的连锁。该研究得出结论：“这些区域的遗传变异有助于发展男性性取向的重要心理特征”。女性性向似乎与xq28没有关系，尽管女性性取向确实也表现出一定的遗传性。上面的研究主要是聚焦于性染色体（x染色体），而在常染色体方面也有不少进展：
2008年一项涵盖7000人的研究认为：男同a型血概率偏低，而女同a型血概率偏高，此外，发现无论男同或女同rh阴性血比例都“超高”。涉及此二血型的基因分别位于9号染色体和1号染色体。（但请注意这只是单项研究，不一定可靠）
上图：血型与性向关系论文摘要截图
2017年，《自然》发表了一篇关于男性性取向的全基因组关联研究的文章，涉及1077名同性恋男子和1231名异性恋男子。挑出了13号染色体上名为slitrk6的基因，slitrk6基因活跃于下丘脑的中脑，这与神经心理学方面的另一项研究相互印证(认为男同中脑的神经工作模式与直男不同)。此外研究人员在14号染色体上发现了另一个名为tshr的基因(“促甲状腺激素受体”基因)，在男同群体具有高频相似的基因型(更为活跃)。tshr与促甲状腺素的分泌有关，而格雷夫症会导致tshr功能丧失（造成类甲亢症状），这似乎与某些研究所发现的结论相关，即男同比直男更容易患格雷夫症。在表观遗传方面（dna链甲基化修饰差异的遗传），也有研究认为母亲x染色体上因基因失活修饰与随机水平偏差较大的母亲，其子具有同性倾向的概率较大。但此研究仅仅是孤立的统计学分析研究，可信度较低。在动物模型上的性向研究也有一些类似结论，这里就不展开了。[头条·小宇堂-未经许可严禁转载]
出生顺序-母体免疫假说此假说相关研究发现：每增加一个兄长，男同的几率就会增加33％。这是到目前为止“在性取向研究中发现的最可靠的流行病学变量之一”。为了解释这一发现，有研究认为其背后的原因在于男性胎儿会引起母体免疫反应，且此种免疫反应随后续孕育男胎而变得更为强烈。上图：胎盘结构和功能示意—母亲产生的抗体可以渗透胎盘进入胎儿体内，而胎儿的dna和细胞也能进入母体的血液（早先的生理学资料不认为胎儿细胞可以进入母亲血液）。这种母体免疫假说所述理论的起点始于男性胎儿的细胞会在母亲怀孕期间或分娩时进入到母亲的血液循环的事实（有研究发现胎儿细胞甚至会在母体内长期存活）—研究者认为此一过程“几乎肯定参与脊椎动物的性别分化”。男性胎儿体内由y染色体产生的蛋白质随胎儿细胞进入到母体内，但被母体免疫系统被识别为外来物（因为母体没有y染色体基因），于是诱导母体产生相关抗体，这些抗体又通过胎盘屏障进入胎儿体内，穿过发育中的胎儿大脑的血脑屏障，抑制相关抗原蛋白的正常生理功能，改变性别二态性相关的大脑结构，增加了儿子同性倾向的可能性。而对于母亲来说，正是这种抗体反应和“记忆效应”导致连续孕育男胎受到抗体影响的越来越强，这些抗体以某种方式降低了胎儿自身生产的某些基于y染色体的蛋白质（抗原）在脑男性化中发挥其原有功能的能力。上图：论文《h-y抗体与男同倾向》摘要截图
然而，母体免疫假说也受到质疑，因较于同性恋出现的高概率而言，免疫攻击发生的普遍性很低（这也可能是研究不足或者反应不明显造成）。此外，此假说没有解释首个男胎表现出男同倾向的情况（是否纳入了前期男胎流产情况也不清楚）。2017年，有研究人员发现neuroligin 4 y连锁蛋白可能是导致儿子成为同性恋的一个因素。他们发现女性的抗nlgn4y水平显着高于男性。结果还表明，怀孕的次数，特别是那些有哥哥的男同，其母亲体内抗nlgn4y水平显着高于对照样本。这是对上述研究的再次印证。生育能力假说这个涉及进化论的假说也在媒体有广泛报道。2004年，意大利研究人员对大约4600人进行了一项研究，男同的女性亲属往往比直男的女性亲属有更多的后代。男同母亲侧的女性亲属往往比父亲侧有更多的后代。研究人员得出结论，x染色体上的遗传物质可能既促进了女性的生育能力又促进其雄性后代的同性恋倾向。此发现的联系大约可以解释20％的研究案例，表明这是一个非常重要但不是决定性的遗传因素。上图：论文《人类同性性向中的性对抗性选择》摘要截图
神经心理学方面的研究2010年的一项研究中，研究者断言：“胎儿大脑在宫内期间由于**酮直接作用于发育中的神经细胞而向男性方向发展，或者因缺乏雄激素刺激而向雌性方向发展”，也就是说，当我们还在子宫中时，我们的性别和性取向就被组织到我们的大脑结构之中，而没有迹象表明出生后的社会环境对性别认同或性取向有决定性影响。在动物的神经心理学研究方面，绵羊被用作实验模型来研究构成同性恋基础的神经机制的早期程序（大约8％的公羊受同性吸引）。在许多物种中，性分化的一个突出特征是在视前下丘脑中存在性二态核（sdn），其在雄性中比在雌性中更大。这方面在人类也有类似结论，但情况更复杂，相关资料描述过于专业，这里就不展开了。总结性向是性心理的结果，而性心理又是大脑结构所致，大脑结构受先天影响巨大，主要包括先天的遗传因素以及胎脑的发育因素，因此天生的性向是难以改变的。性向与人类的许多先天的心理偏好特质如性格、好奇心、运动积极性等等其本质是类似的。人的心理就是大脑的生理，大脑是复杂的，因此人的心理也是复杂的，性心理只是这个复杂体系中的一部分，性倾向也只是性心理的一个方面。所以性向差异的存在是大脑复杂性的一个很小的方面，亦如上述的各种研究结论所揭示的那样，是人类生理进化的自然结果，也是自然界普遍的现象，其背后有复杂但可以探寻和阐明的逻辑。科学地了解了其背后的原因，就没有什么好大惊小怪的了。