为什么大多数哺乳动物有 5 个手指？

“为什么是五个”这个简单的问题让多个领域的科学家感到困惑，而且答案仍然不完全清楚。

如果你观察猫、狗甚至袋鼠的爪子，你会发现它们与我们的手有一些共同点。即使有些哺乳动物可能缩小或位置不同，但所有这些哺乳动物都有五个手指。尽管我们是在不同的条件下进化的，为什么我们会与毛茸茸的朋友分享这种模式？

要回答为什么哺乳动物有五个手指的问题，我们必须首先了解为什么四足动物（希腊语“四足”）脊椎动物有五个手指。哺乳动物属于四足纲超纲，其中还包括爬行动物、两栖动物和鸟类。即使是没有传统四肢的这个群体的成员，他们的骨骼中也有五个手指——鲸鱼、海豹和海狮的鳍状肢中有五个手指——即使它们有四个或更少的脚趾。

有一些差异：马只有一个脚趾，而鸟类的翅膀末端有一根融合的指骨。然而，科学家发现这些动物在胚胎时期就拥有多达五个手指，但它们在出生前就萎缩了。 

宾夕法尼亚州立大学的进化生物学家托马斯·斯图尔特 (Thomas Stewart) 告诉《生活科学》杂志，这个过程很大程度上是由 Hox 基因决定的。 Hox 基因编码有助于调节其他基因活性、打开或关闭它们的蛋白质。当动物从胚胎发育时，它们有助于确保身体部位最终位于动物体内的正确位置。因此，它们参与决定四足动物的骨骼模式，并通过帮助控制由音刺猬基因（是的，这就是真名）产生的蛋白质来实现这一点在创建组织时相互激活和阻止。 

通过这个过程，指芽生长；根据动物的类型，这些芽可以继续生长或重新吸收。然后，手指周围的细胞死亡，形成单独的手指。斯图尔特说，这种情况到底是如何发生的“无疑是一个相当复杂的问题”。详细信息取决于您询问的科学家。

没有人确定这个五指计划最初是什么时候形成的。斯图尔特说，第一批已知的长出手指的动物是在大约 3.6 亿年前从鱼类进化而来的，并且拥有多达八个手指。然而，大多数现存四足动物中五指计划的存在表明，该特征可能是一种“同源性”——生物体之间共享的基因或结构，因为它们有共同的祖先。所有现存四足动物的共同祖先一定以某种方式进化出了五个手指，并将这种模式遗传给了它的后代。

共同的祖先解释了哺乳动物如何拥有五个手指，但没有告诉我们原因。一种理论是运河化——即随着时间的推移，基因或性状变得更加稳定并且不太可能发生突变。斯图尔特举了颈椎的例子：哺乳动物几乎总是有七块这样的椎骨，尽管这个数字似乎并没有提供特别的优势。根据这一理论，如果这个数字已经有效了数百万年，就没有理由改变它。

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然而，并非所有研究人员都同意运河化的想法。加州大学圣地亚哥分校的进化发育遗传学家金伯利·库珀指出，多指症（即拥有五个以上手指）是许多哺乳动物（包括人类）的一种突变。有多种突变可以导致多指症，但最近发表在《自然》杂志上的一项研究发现，它可以通过音刺猬基因中的一个核苷酸的突变而发生。

“如果这么简单，”库珀问道，“为什么多指物种不存在呢？”她认为这一定是因为多指症是一种进化劣势。一些人推测这可能是由于基因连锁：随着基因经过数百万年的进化，有些基因变得连锁，这意味着改变一个基因（手指的数量）可能会导致其他更严重的健康问题。但斯图尔特告诉《生活科学》杂志，到目前为止，还没有人提供具体证据。

“我们可以问一个非常简单的问题，为什么我们看不到超过五个手指，而且似乎我们应该得出一个简单的答案，”他说。 “但这是一个非常深刻的问题。这使得[这个领域]非常令人兴奋。”