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。

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。

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。”