现在,低头瞅瞅你自己的手,试着不用大拇指,单用剩下那四根指头把手机拿起来、划拉两下。是不是贼别扭,感觉那手机像个滑不溜秋的泥鳅,怎么都不听使唤?
再瞧瞧你的脚,虽然现在被鞋子袜子裹得严严实实,但想想看,要是没了那五根脚趾头帮你保持平衡,走起路来是不是得像踩高跷?为啥咱人类,偏偏就长了五根手指头、五根脚趾头呢?
大概四亿年前,咱们的老祖宗还不是地上跑的,而是在水里游的鱼。它们身上最有希望变成手脚的部件,就是那对胸鳍和腹鳍。
不过你可别以为手指头是直接从那些薄薄的鳍条变来的,科学家们发现,手指头真正的“前身”,藏在鱼鳍的根部,是一小撮不起眼的软骨。
后来,一部分胆子大的鱼开始尝试往岸上溜达,它们需要在浅滩泥地里扒拉,需要更大的“脚掌”面积来支撑身体,同时还得能划拉水,方便游泳。
于是,这些软骨开始发育、分化,最早登陆成功的先锋,像棘螈,脚趾头可不止五个,有的多达八个。看样子,自然界一开始也在“广撒网”,试试哪种配置最好用。
经过了好几千万年的“试用期”和“市场竞争”,情况发生了大变化。上了岸,身体就得跟重力正面硬刚。指头太多,力量就分散,支撑身体不够稳当;指头太少,比如像根棍子,灵活性和抓地面积又不够,尤其是在还需要时不时下水扑腾两下的两栖动物阶段。
这么一来二去,在支撑力、灵活性、还有游泳能力之间,一个“性价比”最高的方案逐渐胜出了,那就是五个指头。
这个“五”字方案,就像一套被验证过的高效蓝图,被当时最成功的那批四足动物祖先给固定了下来,并且当作“传家宝”一样,写进了基因里,一代代传给了包括恐龙、鸟类、哺乳动物在内的几乎所有后代。
所以你今天手上的“五”,不是你一个人的,而是跟青蛙、蜥蜴、老虎、老鹰共享的一份古老遗产,科学家管这叫“同源性”。就连鲸鱼、海豹这些后来跑回海里的哺乳动物,它们的鳍状肢骨头里,还能找到五趾结构的痕迹呢。
那么,这个“五”的蓝图,是靠啥在亿万年里保持得这么稳当,没让大伙儿随便长出六个、七个指头来呢?这就得请出生命体内的“总建筑师”——Hox基因家族了。
这些基因就像一套精密无比的施工图纸和指挥系统,在胚胎发育的早期,就决定了哪里长头,哪里长尾巴,胳膊腿该从哪儿冒出来,以及最关键的在四肢末端,手指脚趾该怎么排列。
在咱们人类和其他哺乳动物身上,负责划定手指区域的这套Hox基因指令,其“编码区”就被设定成了五个。你可以把它想象成一份有五格托盘的模具,胚胎发育时,细胞就按照这个模具来“浇筑”成形,自然就长出了五根指头。
这套系统还自带“防篡改”机制。控制手指发育的这些Hox基因,往往不只管手指这一件事,它们还可能同时关联着身体其他重要器官的发育,比如生殖系统。这就好比一个总开关,连着屋里好几盏重要的灯。
如果你为了多长一根手指头,愣去改动这个开关的线路,结果可能不只是多亮一盏灯,而是导致其他几盏关键的灯全灭了,或者乱闪,那整个系统就乱套了。
所以任何导致指头数量发生改变的突变,虽然偶尔会发生,也就是我们听说过的“多指症”,但很容易引发一系列连锁的发育问题,在漫长的自然选择中,这样的个体往往处于劣势,很难把这种突变稳定地传递下去。
进化生物学家把这种维持现状的力量,叫做“稳定化选择”或者“渠化现象”,意思是特征一旦被证明好使且稳定,进化路径就像水流进了坚固的渠道,不太容易发生大改动了。
当然了,在这份“五指通用蓝图”的基础上,不同的动物家族也根据自己后来的生活习性,进行了各种“魔改”。
比如马,为了奔跑速度,把脚趾精简融合成了一个坚硬的蹄子,但它在妈妈肚子里的时候,胚胎还是出现过五个脚趾的雏形,后来其他的才慢慢消失。
鸟类的翅膀,末端指骨也融合了,方便形成飞行的翼面。猫科动物呢,后脚为了跑得快,常常是四趾着地,但前爪为了抓握和攀爬,大多保留了五趾。
咱们人类自己也挺特别,直立行走后,双脚的主要承重任务交给了脚后跟和脚掌,五个脚趾的支撑作用变小,灵活性也远不如手,小脚趾甚至看着有点“摸鱼”快要退化的意思,但从骨骼架构上看,五趾的底子依然清晰无比。