人为什么会有5根手指?5很特殊吗?
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4.19亿年前,梦幻鬼鱼[1](Guiyu oneiros)在水里自由自在游弋时,恐怕不会想到,它们其中一支后裔会发展出四肢和指/趾骨,征服它们从来没有踏足过的大陆,创造一段又一段演化传奇。
组成鳍条的膜骨,本质是一种结缔组织,与软骨内成骨的指/趾骨并非同源结构。
所以,指/趾头不可能由鳍条发育而来,而是来源于鳍条基部的软骨内成骨。也就是鳍条和肩带/腰带间连接的很小一部分,看起来的确很不起眼。站在4亿年前来看,谁能想到这么小小的一部分,在未来能够演化到足足可以占到整个体重的50%呢?
又过了1000万年,3.8亿年前的潘氏鱼[7](Panderichthys)总结失败的教训,发展出骨化程度很高的肱骨、尺骨以及桡骨,尤其是肱骨,比同时期的其他任何鱼都要长。再加上拥有强壮的肩胛骨和骨盆带,它们可以在浅滩上进行足够长距离的爬行。
在水环境中,鱼类前进,主要面对水的阻力,优化身体的流体力学结构就可以了。但在登陆后,它们的身体和四肢,必须前所未有地抵抗重力。因此,无论四肢、掌骨、还是趾骨,都随着陆地爬行产生的应力,发生全新的适应性变化。
手掌内部和外部两块小骨的内缩,使得指骨附着面积减少,最终造成了边缘指/趾骨的退化,手指数目自然便逐渐减少。
有跑步经验的人应该知道,高速奔跑时,抬起脚后跟,脚趾抓地,接近趾行的状态,能奔跑得更快。随着速度演化越来越内卷,不能保持高速步态的动物灭绝,最终活下来的步态发生了彻底改变,成了完全的趾行动物。一开始的趾行动物,也都全部具有五根指/趾头。
不过指/趾头越多,意味着力量更加的分散,对奔跑速度也越有影响。
因此,随着速度需求的增强,指/趾头就会具有退化趋势。不过对于有着抓握和攀爬需求的动物来说,又具有反向的演化压力来对抗趾头的减少。
例如,今天的猫科动物,前爪还具有抓握和攀爬需求,因此保留了五爪。后肢抓握需求降低,更加倾向于奔跑,因此只有四趾。
不过最早出现趾头减少的动物,并不是哺乳动物,而是恐龙。
二叠纪末期大灭绝事件之后,随着合弓纲动物的衰退,主龙类崛起。从2.3亿年前的三叠纪晚期开始,恐龙足足统治了地球一亿多年,它们内部也是风起云涌,王朝更替,期间不同分支发生了不同步态的变化。除了牢牢占据巨型生态位的原始分化类群——蜥脚类是五趾外,后来的类群或多或少都经历了高度的进化竞争,大多数恐龙都退化了脚趾,成了四趾动物,也有的成了三趾动物,甚至有的只有两趾,以恐爪龙为代表。
当然由于中晚期恐龙前肢需求大大降低,严重退化,甚至出现了一根手指的单指临河爪龙。
生态位的长期稳定,也使得它们的演化异常缓慢。
最早的哺乳形态类动物出现于2.25亿年前,以隐王兽为代表,几乎和恐龙同时出现。然而一直经历了近6000万年的时间,到1.6亿年前,它们才发展出了最早的胎生真兽类动物——中华侏罗兽。而真兽则在接下来长达近1亿年的时间里,无论体型还是生态位都没有发生多大的变化。
《参考文献》
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来源:瞻云
编辑:悦悦
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