大部分哺乳动物爪子为什么都是五根指头?

如题所述

与植物的形态发育有许多组决定性基因不同,几乎所有动物的形态发育都依赖于Hox基因[1]。

这可能是因为左右对称和体节模式对动物太重要了。

棘皮动物虽然也使用Hox基因,但由于某些原因导致其Hox基因出现高变异,导致在其他动物中内脏不对称分布的Hox基因使棘皮动物完全失去左右对称,例如:海扁果类,虽然又变异出五角型轴对称[2]。其代价是,大多数棘皮动物都只能是底栖的过滤食生活或移动缓慢。

大多数动物中Hox基因的变异较少,新的结构总是依赖于旧基因。

当新的体节或结构形成时,仅仅是叠加旧的基因以改变体节的数量,然后在此基础上进行修改

例如,苍蝇的触角和腿共享大量相同的编码。当头部的大部分结构已经完全发育,但触角尚未发育时,如果把头部的基因通过表观遗传技术“关闭”,那么苍蝇的头部将长出腿来[4] 。

鳍的对数与之类似。最初只进化出了胸鳍。后来出于身体支撑的需要,骨盆独立发育出来,然后胸鳍的Hox基因被平行转移至骨盆,形成了腹鳍[3]。

具体到手指,因为早期四足动物有五个手指,它们的后代,除了少数动物如马在特化后一些指头消失了,大多数四足动物是四指或五指[1]。熊猫和棘螈前肢的更多的也是在五指的基础上改变掌骨表达形成的,并没有突破五指的模式。

为什么早期四足动物有五个手指。已经在对小鼠和青蛙的实验中通过诱导多指畸形进行研究,单一个手掌上手指数超过10个时,老鼠和青蛙都不能保持正常站立。与此同时,在早期的两栖动物中,仍然需要脚蹼承担鳍功能,手指数越多越有利于划水,五,可能是一个最平衡的数字。

五个指头除了可以在物理上平衡爬行和划水的效率以外,在遗传水平上也是一个平衡的数值。

编码手指的Hox基因的表达方式是一个一个叠加起来的,在第一个手指上表达一种Hox基因,在第二个手指上表达两种Hox基因,依此类推,在第十个手指上需要表达十种Hox基因[4]。

因此,由于多一个手指就需要叠加表达一个基因,手指实际上有保持较小数字的趋势。

然而,基于支撑鱼鳍的需要,鱼类又已经进化出来了更多的指骨。因此,手指在四足动物登陆的期间是一种重新减少的过程。

而在这个加/减两种趋势相互拮抗的过程中,五这个数字似乎在遗传学和力学方面都是最佳选择。

以上基本可以解释为什么大多数四足动物一只手掌上的手指个数基本上都是五个。它可以完美地解释为什么不是七个或三个手指,不过还是不能完全排除四个或六个手指。也许在这里,最终是五个手指被选择下来,仍然有一种历史偶然性。

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第1个回答  2019-09-28
至于为什么是五个指头,没准仅仅是巧合,不是五根...的一部分一直在地球上繁衍,其中一只成为哺乳动物的...相传N久N久以前,祖先们的爪子数量各不一样
第2个回答  2019-09-28
哺乳动物(其实是所有四足动物)的原始设定是手脚都有五指(趾).不过后来有些家伙开始往速度上加点,为了跑得更快更稳出现了各种足部骨头的融合,
第3个回答  2019-09-27
根据动物进化,中间三根指头需要,母指同尾指用黎支撑/固定/防止企不稳,所以要有5只手指。
第4个回答  2019-09-28
这都是哺乳动物一步步进化来的,因为没有五根手指就拿不稳东西,也就不能生存