為什么人有五根手指和腳趾？一切都要追溯到人類的魚類祖先

兒歌《小豬》幾乎是每個人的童年回憶，這首歌謠里提到了五只小豬，分別對應我們的手指和腳趾。小朋友都很喜歡這首歌謠，但是如果你仔細一想，就會發現這個簡單的韻律提出了一個有趣的問題：為什么人的四肢上各有五根手指和腳趾？

簡單來說，這是人類進化的結果，但要弄清楚這些手指從哪里來、又是如何出現的就是另一回事了。羅格斯大學遺傳學系的副教授中村哲也說："當被問到為什么人有五根手指和腳趾，而不是四根或六根時，我覺得這是一個相當難以回答的問題。"要找到這個問題的答案，我們需要追溯到數百萬年前以前。這一切都源于我們擁有同一個祖先。

包括兩棲動物、爬行動物、鳥類和哺乳動物在內的所有四足動物都源自同一個魚類祖先。中村說："如果你問'人類從哪里來？'答案是我們的共同祖先是魚。"在距今約3.6億年前地球的泥盆紀時期，魚類為了在陸地上行走而進化出四肢。不久之后（從進化的角度而言），第一批四肢動物——每一肢都有多達8個指頭——不再有額外的指頭。從那以后，五根手指和五個腳趾成為首批四足動物的標準特征。

這個五指計劃很快就被編碼到我們早期祖先的Hox基因中，Hox基因是一組主要控制基因，就像是基因藍圖，確保身體部位、器官和四肢長在正確的位置。從那以后，Hox基因決定了我們所有的共同祖先都是基于那個五指藍圖進化而來的。

當然，不是所有的脊椎動物都有五根手指和腳趾，但是99%以上的四足動物（包括所有陸地上有脊椎的物種）的五指骨骼結構都是一樣的。這其中包括海獅、鯨魚和海豹，它們的鰭內隱藏著五根像手指一樣的分支；還包括蝙蝠，它們生來就有長在翅膀骨架上的蹼狀手指。即使是馬和鳥類的胚胎一開始也是有五指的，只是后來才重新長出了蹄子（就鳥類而言則是更少的腳趾）。每500到1000個人中只有一人是生來有額外的手指或腳趾的。這種先天差異被稱作多指畸形，與一個表達過度的基因有關，這個基因叫做刺猬基因（對，你沒看錯）。

直到2016年，芝加哥大學的科學家才確定魚鰭條（支撐魚鰭的結構，使其可以彎曲、靈活游動的骨狀物）最終是如何進化成手指和腳趾的。中村也是該團隊成員之一。

科學家們采用的是斑馬魚、青鳉和其他熱帶魚等射線鰭魚，人們常常可以在家庭魚缸里看到這些魚。科學家們隨后采用基因編輯技術CRISPR-Cas來刪除發育出四肢所必需的Hox基因。從那時起，科學家將這些變異魚類的胚胎細胞和小鼠的胚胎細胞進行比較，最終確定了二者之間的基因關聯。中村說："我們發現人類的手指和魚鰭條采用了同樣的Hox基因，二者的發育過程也是一樣的。"換句話說，魚鰭條和人類手指發育的遺傳工具包是一樣的。

他們的研究確定了魚鰭條和四足動物的指頭之間存在直接關聯，但是關于人類如何發育出手指和腳趾我們還需要做更多的研究。中村說："我們發現，盡管魚鰭條和人類手指的結構大不相同，但是人類的手指很可能就是從魚鰭條進化而來的。"中村說："還有很多問題等待解答。比如，魚鰭條是如何變成人類手指的？是哪種基因和分子調節了這種轉變？"由于CRISPR-Cas9等更精準的基因編輯工具在過去的十年間已經出現，中村認為這些問題很快就能找到答案。

中村稱，四足動物和魚類在其他方面也存在基因上的相似之處。舉例來說，陸地脊椎動物的后肢是從祖先肉鰭魚的腹鰭進化而來的，而肩帶骨（構成人類肩膀的骨架）是從魚鰓弓（支撐魚鰓用以呼吸和進食的骨架環）進化而來的。中村說："雖然魚類沒有脖子，但是在進化過程中，人類的頭骨從肩帶骨中分離開來，形成了頸部空間。"這樣一來，我們就可以獨立于身體轉動頭部，讓我們可以狩獵或掃視地平線。

這被稱作"進化革新"，指的是能讓生物進一步適應環境的新特征或新結構，好比人類是怎么長出手指和腳趾的。中村說："我們利用魚鰭上已有的結構，隨著時間推移，我們身體改變了其發育過程，從而進化出更適合陸地生活的手指狀組織。"

至于為什么人類有五根手指和五個腳趾？這個問題還沒有定論，但五指確實成就了一首完美的兒歌。

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