为什么人有五根手指和脚趾？一切都要追溯到人类的鱼类祖先

儿歌《小猪》几乎是每个人的童年回忆，这首歌谣里提到了五只小猪，分别对应我们的手指和脚趾。小朋友都很喜欢这首歌谣，但是如果你仔细一想，就会发现这个简单的韵律提出了一个有趣的问题：为什么人的四肢上各有五根手指和脚趾？

简单来说，这是人类进化的结果，但要弄清楚这些手指从哪里来、又是如何出现的就是另一回事了。罗格斯大学遗传学系的副教授中村哲也说："当被问到为什么人有五根手指和脚趾，而不是四根或六根时，我觉得这是一个相当难以回答的问题。"要找到这个问题的答案，我们需要追溯到数百万年前以前。这一切都源于我们拥有同一个祖先。

包括两栖动物、爬行动物、鸟类和哺乳动物在内的所有四足动物都源自同一个鱼类祖先。中村说："如果你问'人类从哪里来？'答案是我们的共同祖先是鱼。"在距今约3.6亿年前地球的泥盆纪时期，鱼类为了在陆地上行走而进化出四肢。不久之后（从进化的角度而言），第一批四肢动物——每一肢都有多达8个指头——不再有额外的指头。从那以后，五根手指和五个脚趾成为首批四足动物的标准特征。

这个五指计划很快就被编码到我们早期祖先的Hox基因中，Hox基因是一组主要控制基因，就像是基因蓝图，确保身体部位、器官和四肢长在正确的位置。从那以后，Hox基因决定了我们所有的共同祖先都是基于那个五指蓝图进化而来的。

当然，不是所有的脊椎动物都有五根手指和脚趾，但是99%以上的四足动物（包括所有陆地上有脊椎的物种）的五指骨骼结构都是一样的。这其中包括海狮、鲸鱼和海豹，它们的鳍内隐藏着五根像手指一样的分支；还包括蝙蝠，它们生来就有长在翅膀骨架上的蹼状手指。即使是马和鸟类的胚胎一开始也是有五指的，只是后来才重新长出了蹄子（就鸟类而言则是更少的脚趾）。每500到1000个人中只有一人是生来有额外的手指或脚趾的。这种先天差异被称作多指畸形，与一个表达过度的基因有关，这个基因叫做刺猬基因（对，你没看错）。

直到2016年，芝加哥大学的科学家才确定鱼鳍条（支撑鱼鳍的结构，使其可以弯曲、灵活游动的骨状物）最终是如何进化成手指和脚趾的。中村也是该团队成员之一。

科学家们采用的是斑马鱼、青鳉和其他热带鱼等射线鳍鱼，人们常常可以在家庭鱼缸里看到这些鱼。科学家们随后采用基因编辑技术CRISPR-Cas来删除发育出四肢所必需的Hox基因。从那时起，科学家将这些变异鱼类的胚胎细胞和小鼠的胚胎细胞进行比较，最终确定了二者之间的基因关联。中村说："我们发现人类的手指和鱼鳍条采用了同样的Hox基因，二者的发育过程也是一样的。"换句话说，鱼鳍条和人类手指发育的遗传工具包是一样的。

他们的研究确定了鱼鳍条和四足动物的指头之间存在直接关联，但是关于人类如何发育出手指和脚趾我们还需要做更多的研究。中村说："我们发现，尽管鱼鳍条和人类手指的结构大不相同，但是人类的手指很可能就是从鱼鳍条进化而来的。"中村说："还有很多问题等待解答。比如，鱼鳍条是如何变成人类手指的？是哪种基因和分子调节了这种转变？"由于CRISPR-Cas9等更精准的基因编辑工具在过去的十年间已经出现，中村认为这些问题很快就能找到答案。

中村称，四足动物和鱼类在其他方面也存在基因上的相似之处。举例来说，陆地脊椎动物的后肢是从祖先肉鳍鱼的腹鳍进化而来的，而肩带骨（构成人类肩膀的骨架）是从鱼鳃弓（支撑鱼鳃用以呼吸和进食的骨架环）进化而来的。中村说："虽然鱼类没有脖子，但是在进化过程中，人类的头骨从肩带骨中分离开来，形成了颈部空间。"这样一来，我们就可以独立于身体转动头部，让我们可以狩猎或扫视地平线。

这被称作"进化革新"，指的是能让生物进一步适应环境的新特征或新结构，好比人类是怎么长出手指和脚趾的。中村说："我们利用鱼鳍上已有的结构，随着时间推移，我们身体改变了其发育过程，从而进化出更适合陆地生活的手指状组织。"

至于为什么人类有五根手指和五个脚趾？这个问题还没有定论，但五指确实成就了一首完美的儿歌。

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