“小朋友们看：一根手指头，再加另一根手指头，一共是几根手指头呀?”这是老师在教刚学加法的小朋友做计算。数指头的方法简单易懂，却也有个很明显的缺点：手指头一共只有十个，加上脚趾头也只有二十个，那我们该怎么计算15+16呢?这个问题对屏幕前的你来说自然不是什么难题，但你有没有想过，为什么一个健康人类的每个手脚都各有五个指/趾头，而不是四个、六个或者其他数目呢?
其实，人类的五指/五趾结构并非凭空产生，也非人类所独有。它是一种深植于脊椎动物演化史中的祖征(ancestral trait)，其根源可追溯至鱼类向陆地四足动物过渡的关键时期。
现代四足动物(包括两栖类、爬行类、鸟类和哺乳类)的肢骨，尽管形态功能迥异，但普遍保留着基本的五指/五趾骨骼模式。[1]这一模式被认为是基底四足动物的一个关键特征，早在人类或灵长类动物出现之前就已确立。[2]
有研究直接探讨了五指性的起源，如 Laurin (1998) 在《Evolution》上发表的“A reevaluation of the origin of pentadactyly”。[3]这表明五指/五趾结构是一种古老的、保守的特征，是四足动物从肉鳍鱼类祖先继承并改良的“肢体蓝图”的一部分。从发育生物学角度看，这种模式可能与Hox基因等调控网络在肢芽发育中的特定表达域有关。[4]
进化约束假说认为，五的数字可能并非当前功能的最优解，而是受到发育程序和历史路径的强烈约束。额外的指/趾(多指症)虽然作为突变时有发生，但往往伴随其他发育缺陷或功能劣势，因此在自然选择中难以稳定存在。[5]这种“稳定化选择”(stabilizing selection)的力量，使得五指模式在漫长的进化历程中得以维持。正如达尔文也曾指出，五趾性可能并非当前适应性的直接结果，而是早期共同祖先适应性特征的遗留。在人类身上，五指/五趾结构无疑是这种深层次保守性的体现。人类的手部和足部都清晰地呈现五指/五趾模式，这被认为是保留了早期脊椎动物的古老形态。一些学术文献将五指肢体描述为所有现存脊椎动物的共同类型。在哺乳动物中，五指模式被认为是进化上保守的，多指现象因潜在的负面影响而受到抑制。因此，人类拥有五趾的首要原因，可以归结为：我们继承了一个在四足动物演化早期就已固化、并因其发育稳定性和功能“足够好”而在亿万年间被保留下来的基本身体架构。
本文作者：厦门大学袁毅、曾泽邦(按姓氏首字母排名)。本文由海洋负排放(ONCE)国际大科学计划、厦门大学碳中和创新研究中心支持。
参考文献：
[1]LaFreniere, P. (2010).Adaptive origins: Evolution and human development. Psychology Press.
[2]Fitch, W. T. (2012). Evolutionary developmental biology and human language evolution: Constraints on adaptation.Evolutionary Biology, 39(4), 613–637.
[3]Laurin, M. (1998). A reevaluation of the origin of pentadactyly.Evolution, 52(5), 1476–1482.
[4]Richardson, M. K. (2021). Theories, laws, and models in evo‐devo.Journal of Experimental Zoology Part B: Molecular and Developmental Evolution, 336(6), 36–61.
[5]Galis, F., van Alphen, J. J. M., & Metz, J. A. J. (2001). Why five fingers? Evolutionary constraints on digit numbers.Trends in Ecology & Evolution, 16(11), 637–646.
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