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為什麽大多數哺乳動物都有5根手指?

来源:樟茶鴨網编辑:愛回家时间:2025-11-02 01:21:54
為什麽大多數哺乳動物都有5根手指?
人類、狗、貓和許多其他哺乳動物的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)據美國生活科學網站(凱瑟琳·歐文):如果你看看貓、狗甚至袋鼠的爪子,你會發現它們與我們的手有一些共同之處。即使有些可能縮小或位置不同,所有這些哺乳動物都有五個手指。為什麽我們會和毛茸茸的朋友分享這種模式,盡管我們是在不同的條件下進化的?
要回答哺乳動物為什麽有五個手指的問題,我們必須首先了解四足動物(希臘語中“四腳”的意思)脊椎動物為什麽有五根手指。哺乳動物屬於超綱四足目,其中還包括爬行動物、兩棲動物和鳥類。即使是沒有傳統四肢的這一群體成員,他們的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——即使它們的腳趾隻有四個或更少。
有一些變化:馬隻有一個腳趾,而鳥類的翅膀末端有一塊融合的指骨。然而,科學家們發現,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的進化生物學家Thomas Stewart告訴《現場科學》,這一過程在很大程度上是由Hox基因決定的。Hox基因編碼的蛋白質有助於調節其他基因的活性,打開或關閉它們。它們有助於確保動物從胚胎發育而來時,身體部位最終在動物體內的正確位置。因此,它們參與決定四足動物的骨骼模式,並通過幫助控製聲波刺蝟基因(是的,這是真名)產生的蛋白質來實現這一點,從而在產生組織時相互激活和阻斷。
通過這個過程,手指芽生長;根據動物的類型,這些芽可以繼續生長,也可以重新吸收。然後,手指所在位置周圍的細胞死亡,形成單獨的手指。斯圖爾特說,這種情況究竟是如何發生的“無可否認是一個相當複雜的問題”。具體情況因你詢問的科學家而異。
沒有人知道這個五指是什麽時候開始發展的。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化而來,有多達八根手指。然而,大多數現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構,因為它們有共同的祖先。所有現存四足動物的共同祖先一定是以某種方式進化成有五根手指,並將這種模式傳給了後代。
為什麽大多數哺乳動物都有5根手指?
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,但沒有告訴我們為什麽。一種理論是渠道化——隨著時間的推移,基因或性狀變得更加穩定,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,盡管這個數字似乎沒有什麽特別的優勢。根據這一理論,如果這個數字已經工作了數百萬年,就沒有理由改變它。
然而,並不是所有的研究者都同意渠化的觀點。加州大學聖地亞哥分校的進化發育遺傳學家Kimberly Cooper指出,包括人類在內的許多哺乳動物都會發生多指畸形,或擁有五根以上的手指。有多種突變會導致多指畸形,但最近發表在《自然》雜誌上的一項研究發現,這種情況可以通過聲波刺蝟基因中一個核苷酸的突變發生。
為什麽大多數哺乳動物都有5根手指?
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,為什麽不存在多趾物種?”她認為這一定是因為多趾是進化的劣勢。一些人推測這可能歸因於基因連鎖:隨著基因在數百萬年中的進化,一些基因變得連鎖,這意味著改變一個基因(手指的數量)可能會導致其他更嚴重的健康問題。但到目前為止,還沒有人提供具體的證據,斯圖爾特告訴現場科學。
他說:“我們可以問一個非常簡單的問題,為什麽我們看不到五根以上的手指,似乎我們應該得出一個簡單的答案。”。“但這是一個非常深層的問題。這讓(這個領域)非常令人興奮。”
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