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動物界的同性性行為是指已被記錄的人類以外的動物同性之間、同性和異性兼有和變性行為的跡象。這些跡象包括性交、愛撫、愛慕行為、擇偶傾向及幼兒監護行為。動物性行為在同物種之間也有許多不同的形式，而這些行為背後的動機和意思至今還沒被人類完全了解，因為大部分物種本身也未被研究透徹。[1]
加拿大生物學家布魯斯·貝哲米在1999年發表了一分有關檢閱接近1,500個動物物種同性性行為的文獻，涉及物種從靈長目到棘頭動物門，對其中500個物種又有更詳細的着墨。[2][3]貝哲米說道：「動物界中同性、同性異性兼有及非交配性行為的普及性與多樣性都遠超大部分科學學派和社會人士所願意接受的程度。」[4]挪威動物學家Petter Bøckman就批評過往動物學家在遇上動物同性性行為時都會出於懼怕觸犯人類社會的禁忌而無視或歪曲其觀察結果。[5]
對於反對同性戀權利（LGBT運動）的宗教及社會團體而言同性戀在自然界的存在也是個富有爭議性的題材，因為這些觀測和研究成果會引起同性戀在人類社會自然而發的合理性爭論[6]，亦反駁了中世紀基督教將同性戀列為「違反自然法的罪（拉丁文：peccatum contra naturam / peccatum Sodomiticum / 所多瑪罪，即性悖軌罪）」。[7]當尚無明確證據時，有些評論就稱同性戀是違反自然的，因為動物不會有同性性行為。 當出現明確證據時，其他人便提出以動物的行為來解釋人類道德觀念是不適當的。[6][8][9]
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動物界同性別間的性行為現象從前未曾有過官式的大規模觀測，這是因為研究員害怕同性戀研究帶來的社會歧視[10]甚至是同事之間取笑。[11]喬治城大學的生物學者珍妮·曼（Janet Mann）表示：「研究這題材的學者經常被指責為製造事端，而且這些研究會受到比其他研究題材更嚴格的審查。」[12]
貝哲米說：「除了蚜蟲屬和海膽綱這些完全沒有性行為的品種外，沒有任何一個物種有證據顯示同性性行為是不存在的，而且雌雄同體的物種都有雙性戀傾向，對牠們來說同性性行為並不是問題。」[11]他又指出過往觀察長頸鹿時會直接將雄性嗅雌性的舉動形容為性行為，但雄性間發生性高潮的肛交解釋為權力、競爭或問候的表現。[11]其中貝哲米、喬娜·拉夫加登（Joan Roughgarden）、蒂埃里·羅得（Thierry Lodé）認為這些行為並不與權力宣示有必然關係，而是為了強化族群間的社交關係。[13]另外具有持久同性配偶關係的動物也不局限於一夫一妻制的物種，以綿羊為例，有8%的公羊在雌雄皆充裕的環境下還是選擇雄性作伴，這些結合多年的公羊的視前區前部下丘腦（控制體溫、飢餓、性慾等）的細胞組織比母羊要大得多。[14]
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動物性行為通常需要消耗大量精力與時間成本，而繁衍子代可為個體帶來明顯好處。同性性行為雖然不能繁衍後代，卻並未因不利生殖傳承、不符合天擇原理而消退，因此有些科學家將其稱為「達爾文悖論」。對於動物同性性行為出現與演化的解釋和假定有很多種：
2020 年的一篇研究論文假定同性性行為從一開始有性行為時就存在，原始動物祖先的交配行為無關性別，因此無差別交配可能為最佳的演化策略，在選擇配偶時的過度區分，可能會使個體錯過最佳交配機會，付出更大的成本代價。在一些物種之中，同性性行為不利群體生殖延續，而被天擇汰換；而在部分物種間，同性性行為損失的繁衍成本，不至於影響群體延續，因此無差別交配並沒有從該物種的演化策略中消失。[15][16]
群體中社會地位較高的個體與其他同伴的交配行為，帶有表現強勢地位的意涵，具有避免衝突與侵略的作用，和穩定社會階級制度的功能。但此假定不適用於其他不具進攻關係的交配行為上，例如：愛撫、摩擦、口腔對生殖器的接觸⋯⋯等。在某些靈長類動物中，交配的進攻關係與個體間的地位關係有一定相關，但亦不適用於所有物種，有時接受性交的一方也會是社會地位較高的個體。[17]
在倭黑猩猩群體中，性交行為常被視為一種緩解緊張情緒的表現，作為化解各種衝突的方式。當食物來源缺乏而產生競爭衝突，同性性行為會使弱勢的一方更有機會得到食物，比僅選擇異性性行為的個體獲得更多優勢，性交行為得到的愉悅感同時也有阻止侵略、減少敵對關係的作用。[18][19][20]
在一些較具強烈侵略性的狒狒群體中，某些伴侶中的同性性行為能為牠們建立更多社會聯繫，強化群體間健康的社會關係。例如：雄性狒狒會以生殖器官互相接觸、摩擦、握住對方生殖器撫摸、相互交配。個體以身上最脆弱的生殖部位示與同伴，就像是達成一種信任協議。在寬吻海豚群體中也觀察到一樣的現象，這種互動方式讓個體間產生「結盟」關係,以維持雄性個體間的信任與同盟互助。[17]
關於短尾猴的研究觀察指出，在繁殖季節時，處於排卵期的母猴比其他不適生育的母猴，更容易受到同性同伴以「攻」方進行交配行為。雌性個體會利用同性性行為，降低排卵期雌性猴的受孕機會，干擾其接觸雄性的機會。
此假設提出同性性行為是從其他被天擇出來的特性中，衍生出來的副產物，本質上沒有適應環境的特殊功能。假設雄性個體有較強烈、較容易激起的性慾與性能力，牠能獲得的交配與繁衍子代的機會也較多，有利於物種的延續。而同性性行為可能是性慾較強的一種表現形式，雖然在演化上對個體沒有明顯的優勢，但因為不影響物種生存的永續性，而持續保有該行為。[21]
性行為帶來的愉悅感通常有助於物種延續繁衍的動機，在性行為中得到愉悅感的動物會再次尋求相同的刺激，促使繁衍的成功。在許多有關哺乳動物的研究中指出，哺乳動物和鳥類等高級脊椎動物，有感受愉悅的機制:「獎懲系統」，此系統會依據動物行為，釋放能產生愉悅感的神經傳導物質，參與在進食、學習、繁殖等有助於物種生存的機制中。[22]
雄性美洲野牛之間會進行愛撫和肛交，當地的美洲原住民曼丹族人會在節慶時舉行儀式模仿這些野牛的行為以祈求牠們在下一季回到他們的土地來。[23]
亞馬遜河豚有時會以3至5條為一組進行非交配性行動，小組以雄性為主，偶爾加入一兩條雌性，不分性別互相以口鼻和鰭摩擦，有時雄性更以陰莖插進另一個同性的噴氣孔，這是有記錄唯一的「鼻交」（相對於口交和肛交）例子。[5]
倭黑猩猩
倭黑猩猩不同於其他靈長類動物的母系社會，他們具有完全雙性戀的特性，雄性與雌性倭黑猩猩都有同性交配的行為，其中約有 60%的雌性個體發生同性性行為。爭奪食物資源、地盤、交配機會、有興趣的事物⋯⋯等，任何有競爭壓力的事物，都可能使倭黑猩猩以性交方式解決問題，轉移競爭焦點與緩解衝突。例如嫉妒的雄性個體可能會驅趕其他雄性離開雌性，之後這兩隻雄性會進行陰囊摩擦、撫摸對方生殖器官的同性性行為；當幼倭黑猩猩被其他雌性猩猩攻擊時，母親猩猩會與侵略者產生衝突，並且兩隻猩猩會以摩擦生殖器作為化解侵略危機的方式。[18][19][20]
在紐約中央公園動物園的南極企鵝園有着數對同性「夫夫」和「妻妻」，羅伊與塞咯（Roy與Silo）是其中兩隻的雄性組合。他們結成一對和成功孵化了一隻雌性企鵝探戈（Tango），該企鵝的原父母因為之前有過同時孵育兩隻蛋都失敗的紀錄，而被管理員將他們第二次下蛋的兩隻蛋中的一隻交給了那對同性企鵝孵育。[6]這件事於2005年被插畫家畫成兒童讀物——《加上探戈就是一家三口》，雖然獲獎無數但這本圖書因為講述同性戀而在美國國內受到廣泛非議，美國公民自由聯盟以憲法第一修正案「不得制定剝奪出版自由的法律」保護它的出版權和合理收藏於公共圖書館。[24]
德國不來梅哈芬的動物園飼養的南美瀕危品種企鵝發現了5對中有3對是雄性組合，他們也像羅伊與塞咯曾經以石頭當作蛋來孵育。動物園為了獲得新生幼兒而從瑞典引入4隻雌性企鵝並拆散同性組合[25]，結果計劃失敗並且引來德國的同性戀權益組織抗議。[26]
荷蘭阿提斯動物園（Artis Amsterdam Royal Zoo）有兩隻西域兀鷲（griffon vulture）總是一起築巢、出雙入對，在因緣際會下，照顧一棵被遺棄的蛋，成功將其孵化。[27]
估計約有四分之一的黑天鵝伴侶由雄性與雄性組成，或是與另一隻雌性組成三人行以交配產下蛋，並在雌性產下蛋後將其趕走，由雄性黑天鵝組合育雛，雄性共同守護領地。[28]
蜻蛉目的昆蟲在交配時雄性會以其泄殖腔在雌性頭部留下獨特的傷痕，11個品種包括豆娘和蜻蜓有20至80%的雄性的頭部都發現有這種傷痕，推論出有頗高的蜻蛉目同性性行為。[29][30]
臼齒蜥科的雌性蜥蜴具有單性生殖的能力，與雄性交配則比較罕見。雌性蜥蜴為了刺激排卵而隨荷爾蒙周期進行同性性行動，在雌激素濃度低時充當雄性角色，濃度高時充當雌性角色，而參加性愛撫的雌性蜥蜴都會比落單的有較高的生育率。[31]
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