大熊猫是哺乳动物吗 哺乳动物一般都有5根手指,为什么熊猫有6根手指?

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发布时间: 2020-12-15 05:15:59
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细心的朋友可以发现,无论是老鼠、青蛙,还是鸟类、蜥蜴都似乎有着普遍的5根手指。

当然,除了五指结构,也会有很多例外的时候。有的人就天生长着6根手指,当然这是一种叫做多指症的疾病状态,并不是人的常态。

实际上,科学家认为,所有的四足动物理论上都具有5指结构,这包括所有的哺乳类、蜥蜴、两栖类和鸟类。

但是,作为哺乳类的国宝大熊猫,为何却长着6根手指呢?

熊猫的6根手指

为什么要长手指?

我们为什么要长手指?或者说动物为什么要长手指?显然,我们的手指是继承的祖先的。但是,在生命很早很早的时候,其实并没有“手指”这样一种概念。

科学家们在对于这个问题的思考时,从一些海洋的化石中找到了线索。

人们要知道,复杂的事物总是在简单的基础上搭建起来的,生命也一样!在早期海洋的鱼,并没有鱼鳍这样一种结构,它们浑身上下的划动借助于下图中类似的一整条的鳍折。

远古化石中早期鱼类的鳍折

但是,当生命相互间的竞争越演越烈之时,精细化的控制就变得越来越重要,比如支撑、转向、减速等。于是,在身体的前后部,分别长出了这种类似早期鱼鳍的结构。

早期的鱼鳍结构

这种早期的鱼鳍结构很简单,它们是一种平铺的平行结构。我们可以在下图中,看到鱼鳍里面由一整排整齐的骨头所支撑。而这些骨头,就是以后手指骨的源头。也就是说,你现在看到了几块骨头,其实就是某种意义上的几根手指。

但是,显然平整化、单一结构的鱼鳍骨,显然无法满足更多功能的需求。在激烈的环境强化下,某些特别有用的部分就会被强化,而无用的部分就会被弱化。

于是,我们就渐渐地可以看到,随着时间的推移,功能程度更高级的鱼类身上,这种鱼鳍骨开始变得数量减少,以及长短不一。

但是,最大的挑战应该还是来源于鱼类登陆陆地形成爬行类动物。

大约3.8亿年前,一些鱼类终于长出我们现在意义上的“腿”,开始陆续登陆。其中比较典型的代表是一种叫做真掌鳍鱼的肉鳍鱼类。

真掌鳍鱼:长着“腿”的鱼

来到陆地的鱼类,少了水的浮力,身体支撑和移动显然离不开这些强有力的鱼鳍。在长时间的压力分布下,骨质周围的坚硬结构,显然能够更加稳固地支撑身体的重量,这一部分也就会被强化。而邻近的软组织等,就开始变得“多余”,开始消失。

在距今大约3.65亿年前,一种叫做棘螈的动物出现在地球上。顾名思义这是一种早期的爬行类动物,但实际上是一种介于爬行类和鱼类之间的动物。因为它乍看上去还像一条扁平的鱼。但是,它的鱼鳍已经进化成四肢,且前后肢都有8根手指。

棘螈:早期介于爬行类和鱼类的动物

但是,基本属于同时代的涂氏螈却已经开始有6根指头,而鱼石螈则将6或7根手指合并起来最终形成5根手指。

大约在3.5亿年前,5指成了四足动物的主流趋势,最终造成现在这样的大局面。

为何是五根手指?

科学家曾经拿老鼠做过相关研究,他们通过改变老鼠的相关基因使其长出多余的手指。研究发现,当手指达到10根以上,老鼠就无法正常站立了。这说明,手指的数量显然不是多多益善的。而且过多的手指,显然也违背了“能量效率最大化原则”。

减法原则

而且,从上面的鱼类登陆时的演进过程,我们可以发现,手指的数量是根据环境自身的需求来决定的。显然,从鱼类开始,到四足动物,一直在做减法。

每一根手指的减少,是环境对该根手指的舍弃,因为它变得多余。生命显然是倾向于“效率最大化”原则,它从来不养“懒汉”。

可能是因为在历史的特定时期,四足动物在手指减少的道路上,最终来到了5根手指附近。此时手指继续减下去,可能并不会对生存有着根本性的提升。

有部分人认为,如果人们来绘制一个手指数量和综合效能的函数图,将手指的数量作为横轴,将综合能力作为竖轴。我们应该得到一个两头低中间高的曲线。而5就应该是该曲线的最高点。经过千万次的自然选择,合适的数字就拥有最大的被选中的概率。

但是,即便如此,5并不是绝对的“金标准”。比如一些有蹄类动物,猪、牛、马等,它们也渐渐由之前的5根手指, 渐渐变成4根,甚至更少。

退化或消失的手指,也是一种环境适应的结果。显然,对于它们而言,5根手指并不是最优解!

熊猫的加法

熊猫是一种神奇的动物。它们由一种肉食动物,居然坐上枝头啃起了竹子,俨然成了一位素食动物。在其它动物都在做减法之时,它却在做加法。它的第六根手指,可能是因为它们食性的改变引起的。这种原本肉食的动物,居然坐上枝头啃起了竹子,俨然成了一位素食动物。而且,竹子根本就没什么营养,所以,熊猫需要不停的吃。因为熊猫需要长时间的用手握住竹子,这迫使其手掌边沿部位的肌肉得到了强化。

最左边为熊猫的第六根手指

而该肌肉长时间附着牵拉,最终导致该部分骨质进行分化,最终形成了额外的手指。但是,即便如此,熊猫也算是5指动物,它并不是一种全新的6指动物机制,而是一脉相承的结果。

小结

总的来讲,手指的数量肯定是环境适应的结果。但是,在功能学上,并没有证据表明,5根手指一定要比4根或6根手指会呈现出更加优越的特性。

然而,为何大多数动物依然选择5根手指,而不是4根或6根。有学者认为,5并不特殊,人的5根手指,可能仅仅是一种偶然的结果。可能是因为在历史的某个阶段里,一种拥有5指的四足动物占了优势,之后所有的后代都继承了它的这一特性。

总的来讲,对于为什么是5根手指,还有待更深入的研究结果!

手指是怎样长出来的?

机体的每个细胞都带有生命的全套遗传密码。但是,每个细胞却只表达其中的一部分。也就是说,基因会选择性去表达。

那么手指是在怎样一种情景下,由基因调控表达出来的呢?

对此,科学家发现,手指数量的决定机制由一种叫做Hox的基因所承担。

决定手指数量的Hox基因

在胚胎进行分化发育时,也就是在开始长出手指的肢端部分,Hox基因会呈现不同的分布态势。它们会呈现铰链式的依次分布在肢端。然后按照叠加原则表达出不同的手指:

Hox基因表达时,第5手指开始形成;

Hox基因表达时,第4手指开始形成;

Hox基因表达时,第3手指开始形成;

Hox基因表达时,第2手指开始形成;

Hox基因表达时,第1手指开始形成。

该过程,如果有一个联合基因没有表达就会出现手指分化异常。

除此之外,科学家们还在鸡胚胎做了相关的研究实验。正常的鸡的胚层脚趾的表达,可见于下图左边的这种对应关系。边线所划出的区域,所对应的数字1-4区域对应着孵化鸡的第几脚趾。而那些黑点区域,是Hox4.6基因的表达区。

科学家,通过一种病毒特异性作用在第1脚趾的Hox4.6的基因表达区,而第2-4脚趾保持正常。结果,新孵化的鸡崽在原来应该长出第1脚趾的部位长出了第2脚趾。

这个实验,充分验证了Hox的加法累积表达原则。在第一脚趾的表达,原本需要多个基因联合表达, 但是到了该处时,因为特异性失活,导致它保持着第2脚趾的相同基因特性,所以自然就长出了第2脚趾,而不是第1脚趾。

总结

总的来讲,人拥有5根手指,可不是件随随便便的事情。为什么会拥有5根手指,也不是一个无聊的问题。这背后蕴含着长达几亿年的生命发展的故事!

但是,最神奇的部分是,如果看似“简单”“简洁”的事实背后,却蕴含着太多太多的自然规律。而我们人类正在一点点地揭开这层无法察觉的薄纱,就像当年我们认为空气是空无一物,最后通过科学严谨地探索才发现空气的本质。

有时候,张开自己的双手,简单地握紧又松开,不禁间无限感叹,到底经历了多少,才有资格完成这样一个简单的动作啊!

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