為什么大多數(shù)哺乳動物都有5根手指？

2025-12-08 02:41:02 分類：知識 閱讀(738)

人類、狗、大多貓和許多其他哺乳動物的數(shù)哺手前肢有著相同的五指圖案（圖片來源：uux.cn/Getty Images/Sergey Ryumin）
（神秘的地球uux.cn）據(jù)美國生活科學(xué)網(wǎng)站（凱瑟琳·歐文）：如果你看看貓、狗甚至袋鼠的乳動爪子，你會發(fā)現(xiàn)它們與我們的有根手有一些共同之處。即使有些可能縮小或位置不同，為什物都所有這些哺乳動物都有五個手指。大多為什么我們會和毛茸茸的數(shù)哺手朋友分享這種模式，盡管我們是乳動在不同的條件下進(jìn)化的？
要回答哺乳動物為什么有五個手指的問題，我們必須首先了解四足動物（希臘語中“四腳”的有根意思）脊椎動物為什么有五根手指。哺乳動物屬于超綱四足目，為什物都其中還包括爬行動物、大多兩棲動物和鳥類。數(shù)哺手即使是乳動沒有傳統(tǒng)四肢的這一群體成員，他們的有根骨骼中也有五根手指——鯨魚、海豹和海獅的鰭狀肢中有五根指——即使它們的腳趾只有四個或更少。
有一些變化：馬只有一個腳趾，而鳥類的翅膀末端有一塊融合的指骨。然而，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，這些動物一開始有五根手指和胚胎一樣多，但它們在出生前就萎縮了。
賓夕法尼亞州立大學(xué)的進(jìn)化生物學(xué)家Thomas Stewart告訴《現(xiàn)場科學(xué)》，這一過程在很大程度上是由Hox基因決定的。Hox基因編碼的蛋白質(zhì)有助于調(diào)節(jié)其他基因的活性，打開或關(guān)閉它們。它們有助于確保動物從胚胎發(fā)育而來時，身體部位最終在動物體內(nèi)的正確位置。因此，它們參與決定四足動物的骨骼模式，并通過幫助控制聲波刺猬基因（是的，這是真名）產(chǎn)生的蛋白質(zhì)來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，從而在產(chǎn)生組織時相互激活和阻斷。
通過這個過程，手指芽生長；根據(jù)動物的類型，這些芽可以繼續(xù)生長，也可以重新吸收。然后，手指所在位置周圍的細(xì)胞死亡，形成單獨(dú)的手指。斯圖爾特說，這種情況究竟是如何發(fā)生的“無可否認(rèn)是一個相當(dāng)復(fù)雜的問題”。具體情況因你詢問的科學(xué)家而異。
沒有人知道這個五指是什么時候開始發(fā)展的。斯圖爾特說，已知的第一種長出手指的動物大約在3.6億年前從魚類進(jìn)化而來，有多達(dá)八根手指。然而，大多數(shù)現(xiàn)存的四足動物都存在五指，這表明這種特征很可能是一種“同源性”——一種生物之間共享的基因或結(jié)構(gòu)，因為它們有共同的祖先。所有現(xiàn)存四足動物的共同祖先一定是以某種方式進(jìn)化成有五根手指，并將這種模式傳給了后代。

哺乳動物的前肢，包括人的手臂、獅子的前肢、鯨魚的前鰭狀肢和鳥的翅膀。（圖片來源：uux.cn/Shutterstock）
一個共同的祖先解釋了哺乳動物是如何擁有五根手指的，但沒有告訴我們?yōu)槭裁础Ｒ环N理論是渠道化——隨著時間的推移，基因或性狀變得更加穩(wěn)定，變異的可能性更小。斯圖爾特舉了頸椎或頸椎骨的例子：哺乳動物幾乎總是有七塊這樣的椎骨，盡管這個數(shù)字似乎沒有什么特別的優(yōu)勢。根據(jù)這一理論，如果這個數(shù)字已經(jīng)工作了數(shù)百萬年，就沒有理由改變它。
然而，并不是所有的研究者都同意渠化的觀點(diǎn)。加州大學(xué)圣地亞哥分校的進(jìn)化發(fā)育遺傳學(xué)家Kimberly Cooper指出，包括人類在內(nèi)的許多哺乳動物都會發(fā)生多指畸形，或擁有五根以上的手指。有多種突變會導(dǎo)致多指畸形，但最近發(fā)表在《自然》雜志上的一項研究發(fā)現(xiàn)，這種情況可以通過聲波刺猬基因中一個核苷酸的突變發(fā)生。

考拉的五指爪子。（圖片來源：uux.cn蓋蒂圖片社/丹妮拉·鄧肯）
庫珀問道：“如果這很容易，為什么不存在多趾物種？”她認(rèn)為這一定是因為多趾是進(jìn)化的劣勢。一些人推測這可能歸因于基因連鎖：隨著基因在數(shù)百萬年中的進(jìn)化，一些基因變得連鎖，這意味著改變一個基因（手指的數(shù)量）可能會導(dǎo)致其他更嚴(yán)重的健康問題。但到目前為止，還沒有人提供具體的證據(jù)，斯圖爾特告訴現(xiàn)場科學(xué)。
他說：“我們可以問一個非常簡單的問題，為什么我們看不到五根以上的手指，似乎我們應(yīng)該得出一個簡單的答案。”。“但這是一個非常深層的問題。這讓（這個領(lǐng)域）非常令人興奮。”