芝加哥大学生物体生物学与解剖学系副教授,Evolution & Development联合编辑迈克尔·科茨解释道。
拥有不超过五个手指或脚趾的情况——在此语境中,“大多数物种”指的是有颌脊椎动物的一个亚群——可能在两栖动物(青蛙、蟾蜍、蝾螈和蚓螈)和羊膜动物(鸟类、哺乳动物以及广义上的爬行动物)进化分化之前就已演化出来。这一事件可以追溯到大约3.4亿年前的早石炭世时期。在此分裂之前,有证据表明,大约3.6亿年前的四足动物的肢体长有六个、七个和八个指头的阵列。从这些多指模式减少到更常见的五个或更少指头的排列,伴随着复杂腕关节和踝关节的进化——无论是在骨骼数量方面,还是在组成部分的复杂连接方面。
早期在六指或八指畸形(即,生物体有六个或八个指头)方面的进化实验与相当简单的肢体骨骼有关,非常像现代鲸鱼和海豚鳍肢中存在的骨骼。这可能为指头数量减少的原因之一提供功能性线索,这与简单“行走”肢体的功能需求有关。与桨状肢不同,这种肢体必须在一系列基质上提供抓地力,为有效的蹬地提供平台,并允许相对于下肢和上肢骨骼进行一定程度的旋转,以便身体的其他部分向前移动。在化石记录中极少数二次进化的多指肢体的实例中,这种现象与水生类群有关。这方面的经典例子是鱼龙的鳍肢,鱼龙是生活在6500多万年前的已灭绝的鱼类海洋爬行动物。
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是否有任何确凿的证据表明,对于现代四足动物的共同祖先来说,五个指头,而不是例如四个或六个指头,在生物力学上更可取?答案必须是“否”,部分原因是许多四足动物进一步减少了它们的指头数量。此外,我们缺乏任何六指的例子来研究。这就引出了答案的第二部分,即要注意,虽然指头数量可以减少,但它们极少增加。从一般意义上讲,这种特征反映了发育-进化规则,即失去某些东西比重新获得它更容易。即便如此,考虑到进化时间的漫长性和脊椎动物身体的非凡多样性,当今动物群中真正六指肢体的显著缺失突出了某种限制。鼹鼠的爪子和熊猫的“拇指”是经典的例子,其中奇怪地重新塑形的腕骨充当第六个指头,代表了对于看似简单的生长额外手指的任务而言,相当巴洛克的解决方案。六个(或更多)指头的模式可以通过实验室的发育操作来实现,其中一些操作涉及基因活性的变化,这些变化可能反映了鳍到肢体进化转变中涉及的转化。这可能就是五指普遍存在的另一个原因:多效性,或基因对不止一个物理特征的多重影响。例如,手足生殖器综合征是一种罕见的情况,顾名思义,泌尿生殖道和肢体畸形。至关重要的是,负责的基因属于参与指头数量和模式形成的一组基因。因此,尽管这并没有直接告诉我们指头数量的重要性,但它表明了一些关于发育稳定性的重要信息:参与我们肢体末端模式形成的机制包括那些与我们的生殖成功相关的机制。因此,请谨慎调整。�