科普：人為什麼會有5根手指？5很特殊嗎？

細心的朋友可以發現，無論是老鼠、青蛙，還是鳥類、蜥蜴都似乎有著普遍的5根手指。

當然，除了五指結構，也會有很多例外的時候。有的人就天生長著6根手指，當然這是一種叫做多指症的疾病狀態，並不是人的常態。

實際上，科學家認為，所有的四足動物理論上都具有5指結構，這包括所有的哺乳類、蜥蜴、兩棲類和鳥類。

但是，作為哺乳類的國寶大熊貓，為何卻長著6根手指呢？

熊貓的6根手指

為什麼要長手指？

我們為什麼要長手指？或者說動物為什麼要長手指？顯然，我們的手指是繼承的祖先的。但是，

在生命很早很早的時候，其實並沒有“手指”這樣一種概念

。

科學家們在對於這個問題的思考時，從一些海洋的化石中找到了線索。

人們要知道，複雜的事物總是在簡單的基礎上搭建起來的，生命也一樣！

在早期海洋的魚，並沒有魚鰭這樣一種結構，它們渾身上下的划動藉助於下圖中類似的一整條的鰭折

。

遠古化石中早期魚類的鰭折

但是，當生命相互間的競爭越演越烈之時，精細化的控制就變得越來越重要，比如支撐、轉向、減速等。於是，

在身體的前後部，分別長出了這種類似早期魚鰭的結構

。

早期的魚鰭結構

這種早期的魚鰭結構很簡單，它們是一種平鋪的平行結構。我們可以在下圖中，看到

魚鰭裡面由一整排整齊的骨頭所支撐

。而這些骨頭，就是以後手指骨的源頭。也就是說，

你現在看到了幾塊骨頭，其實就是某種意義上的幾根手指

。

但是，顯然平整化、單一結構的魚鰭骨，顯然無法滿足更多功能的需求。在激烈的環境強化下，某些特別有用的部分就會被強化，而無用的部分就會被弱化。

於是，我們就漸漸地可以看到，

隨著時間的推移，功能程度更高階的魚類身上，這種魚鰭骨開始變得數量減少，以及長短不一

。

但是，最大的挑戰應該還是來源於魚類登陸陸地形成爬行類動物。

大約3.8億年前，一些魚類終於長出我們現在意義上的“腿”

，開始陸續登陸。

其中比較典型的代表是一種叫做真掌鰭魚（Eusthenopteron）的肉鰭魚類

。

真掌鰭魚：長著“腿”的魚

來到陸地的魚類，少了水的浮力，身體支撐和移動顯然離不開這些強有力的魚鰭。在長時間的壓力分佈下，骨質周圍的堅硬結構，顯然能夠更加穩固地支撐身體的重量，這一部分也就會被強化。而鄰近的軟組織等，就開始變得“多餘”，開始消失。

在距今大約3.65億年前，一種叫做棘螈（Acanthostega）的動物出現在地球上。

顧名思義這是一種早期的爬行類動物，但實際上是一種介於爬行類和魚類之間的動物。因為它乍看上去還像一條扁平的魚。但是，它的魚鰭已經進化成四肢，且前後肢都有8根手指。

棘螈：早期介於爬行類和魚類的動物

但是，

基本屬於同時代的塗氏螈卻已經開始有6根指頭，而魚石螈則將6或7根手指合併起來最終形成5根手指

。

大約在3.5億年前，5指成了四足動物的主流趨勢，最終造成現在這樣的大局面

。

為何是五根手指？

科學家曾經拿老鼠做過相關研究，他們透過改變老鼠的相關基因使其長出多餘的手指。研究發現，

當手指達到10根以上，老鼠就無法正常站立了

。這說明，手指的數量顯然不是多多益善的。而且過多的手指，顯然也違背了“能量效率最大化原則”。

減法原則

而且，從上面的魚類登陸時的演進過程，我們可以發現，手指的數量是根據環境自身的需求來決定的。顯然，從魚類開始，到四足動物，一直在做減法。

每一根手指的減少，是環境對該根手指的捨棄，因為它變得多餘。

生命顯然是傾向於“效率最大化”原則，它從來不養“懶漢”

。

可能是因為在歷史的特定時期，四足動物在手指減少的道路上，最終來到了5根手指附近。此時手指繼續減下去，可能並不會對生存有著根本性的提升。

有部分人認為，

如果人們來繪製一個手指數量和綜合效能的函式圖，將手指的數量作為橫軸，將綜合能力（生長出該部分肢體需要消耗的能量、抗損失能力、支撐能力、划水能力、進化出高階功能的潛力）作為豎軸。我們應該得到一個兩頭低中間高的曲線。而5就應該是該曲線的最高點。（起碼是在頂點的附近。）經過千萬次的自然選擇，合適的數字就擁有最大的被選中的機率。

但是，即便如此，5並不是絕對的“金標準”

。比如一些有蹄類動物，豬、牛、馬等，它們也漸漸由之前的5根手指， 漸漸變成4根，甚至更少。

退化或消失的手指，也是一種環境適應的結果。顯然，對於它們而言，5根手指並不是最優解！

熊貓的加法

熊貓是一種神奇的動物。它們由一種肉食動物，居然坐上枝頭啃起了竹子，儼然成了一位素食動物。在其它動物都在做減法之時，它卻在做加法。

它的第六根手指，可能是因為它們食性的改變引起的

。這種原本肉食的動物，居然坐上枝頭啃起了竹子，儼然成了一位素食動物。而且，竹子根本就沒什麼營養，所以，熊貓需要不停的吃。因為熊貓需要長時間的用手握住竹子，這迫使其手掌邊沿部位的肌肉得到了強化。

最左邊為熊貓的第六根手指

而該肌肉長時間附著牽拉，最終導致該部分骨質進行分化，最終形成了額外的手指。但是，即便如此，熊貓也算是5指動物，它並不是一種全新的6指動物機制，而是一脈相承的結果。

小結

總的來講，手指的數量肯定是環境適應的結果。

但是，在功能學上，並沒有證據表明，5根手指一定要比4根或6根手指會呈現出更加優越的特性

。

然而，為何大多數動物依然選擇5根手指，而不是4根或6根。有學者認為，5並不特殊，人的5根手指，可能僅僅是一種偶然的結果。可能是因為在歷史的某個階段裡，一種擁有5指的四足動物佔了優勢，之後所有的後代都繼承了它的這一特性。

總的來講，對於為什麼是5根手指，還有待更深入的研究結果！

手指是怎樣長出來的？

機體的每個細胞都帶有生命的全套遺傳密碼。但是，每個細胞卻只表達其中的一部分。也就是說，基因會選擇性去表達。

那麼手指是在怎樣一種情景下，由基因調控表達出來的呢？

對此，科學家發現，手指數量的決定機制由一種叫做Hox的基因所承擔。

決定手指數量的Hox基因

在胚胎進行分化發育時，也就是在開始長出手指的肢端部分，Hox基因會呈現不同的分佈態勢。

它們會呈現鉸鏈式的依次分佈在肢端

。然後

按照疊加原則表達出不同的手指

：

Hox（4。8）基因表達時，第5手指開始形成；

Hox（4。8+4。7）基因表達時，第4手指開始形成；

Hox（4。8+4。7+4。6）基因表達時，第3手指開始形成；

Hox（4。8+4。7+4。6+4。5）基因表達時，第2手指開始形成；

Hox（4。8+4。7+4。6+4。5+4。4）基因表達時，第1手指開始形成。

該過程，如果有一個聯合基因沒有表達就會出現手指分化異常。

除此之外，

科學家們還在雞胚胎做了相關的研究實驗

。正常的雞的胚層腳趾的表達，可見於下圖左邊的這種對應關係。邊線所劃出的區域，所對應的數字1-4區域對應著孵化雞的第幾腳趾。而那些黑點區域，是Hox4。6基因的表達區。

科學家，透過一種病毒特異性作用在第1腳趾的Hox4。6的基因表達區，而第2-4腳趾保持正常。結果，新孵化的雞崽在原來應該長出第1腳趾的部位長出了第2腳趾。

這個實驗，充分驗證了Hox的加法累積表達原則。在第一腳趾的表達，原本需要多個基因聯合表達， 但是到了該處時，因為特異性失活，導致它保持著第2腳趾的相同基因特性，所以自然就長出了第2腳趾，而不是第1腳趾。

總結

總的來講，

人擁有5根手指，可不是件隨隨便便的事情

。為什麼會擁有5根手指，也不是一個無聊的問題。

這背後蘊含著長達幾億年的生命發展的故事

！

但是，最神奇的部分是，如果看似“簡單”“簡潔”的事實背後，卻蘊含著太多太多的自然規律。而我們人類正在一點點地揭開這層無法察覺的薄紗，就像當年我們認為空氣是空無一物，最後透過科學嚴謹地探索才發現空氣的本質。

有時候，張開自己的雙手，簡單地握緊又鬆開，不禁間無限感嘆，到底經歷了多少，才有資格完成這樣一個簡單的動作啊！