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演化的痕迹五指

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演化的痕迹---五指

人类通过进化,实现了直立行走,上肢与手更加灵活,并且可以制造和使用工具。有学者认为,正是手的进化,加速了大脑的进化,进一步催生了人类文明。

人类的手确实比很多四足动物灵活,可以自如地伸展和紧握,但我们更晚获得的却是丢失了抓握能力的双足。事实上演化并不一定是不断进步的过程,五指的形态相当古老,反而马、羊等失去了五指灵活性的蹄较近期才出现的性状。

听上去有些匪夷所思,但通过观察可以发现,现生爬行动物都是多指,而且都具有一个明显特征——具有对握功能的拇指,比如蜥蜴、蟾蜍、鳄鱼等。

爬行动物的五指

变色龙的爪则将五指分为两部分,更有利于抓握树枝

鸟类和早期哺乳动物的祖先也都是五指型的。某些哺乳动物、啮齿类和灵长类仍然保留着五个指头和可以对握的拇指。

有些则仅保留了五指,进化成为了另一种形态,如蝙蝠。

蝙蝠将前肢发展成适合飞行的翼状,五指间连接翼膜

而蹄的出现则较晚,它们最初都是在四个或五个具有功能的手指的基础上,丢失了一些指(趾)头。比如马只保留了中趾,退化掉了其他四趾;猪先丢失了大拇指,中间的两趾变得长而粗壮,其他两个变成了小小的趾尖;骆驼只剩下两根脚趾。这使他们变得更加轻盈,善于奔跑。

后蹄(从左至右):马来貘,平原斑马,家猪,骆驼

有一个佐证,兽医们有时会进行一项奇怪的手术:帮刚出生的小马驹摘除一两个多余的趾头。对于这样的情况,科学家们并不把它当做畸形(例如一只长两个头的牛犊就是畸形),而是视为返祖现象,即小马驹身上出现了从它们远祖那继承的特征。

马蹄的演化

蹄子和我们的指甲或者其他动物的爪尖是同源的。它是一层坚硬的角质外套,包裹在马唯一的最末端的趾节骨上。如果把马长期关在马厩里,又不为它修剪蹄子的话,它就会就会像我们的指甲一样不断变长。

长期未修剪的马蹄

我们都知道,鲸鱼和海豚是哺乳动物,所有哺乳类都来自四足行走的祖先,而鲸的祖先是某种有蹄类杂食动物,是河马的近亲。鲸进化的程度比马更高,由于环境的变化,选择重新返回水中生活,将五指并入手掌形成了鳍,并退化掉了后肢。

部分系统发育树状图

鲸的演化过程

鲸的掌骨

我们在脊椎动物系统发育树状图上就能看出端倪。

人类所属的灵长目的分支远在马所属的奇蹄目和鲸之前,虽然这张表把灵长目的细分做到了极致,但也无法掩盖人类并不是进化得更高级的那一支的事实,即便我们称自己为“高级动物”。尽管演化论得以盛行,人类的类人猿起源也得到了认可,但也仅仅是将人的地位从“造物主的杰作”变成了“演化的巅峰”。

这里还有一张更夸张的图。在演化树上把灵长目所在的分支一路上延,直至树的顶端,其他物种无论有多复杂的分支,一律横向堆放,用以陪衬。

虽然我们分叉少,但架不住线长

1

五指的演化

大约在3亿万年前,鱼类登上陆地。由鱼鳍发展为多根手指,当时并不都是五趾型,鱼石螈就长着七根趾头,而与它生活在同一时代的棘螈,四肢则都长了八根趾头。

鳍→手指

鱼石螈、棘螈的手指

在距今较近的化石记录中,我们只能看到两个拥有后代的分支:一支演化为两栖动物,具有四指型的前肢和五指型的后肢;另一支演化为前后肢均为五指型的四足动物。其他的演化分支似乎没能留下任何后代而灭绝了。这种选择性的灭绝或许是因为长有四个或五个指(趾)头更有生存优势。

2

能对握的拇指

和它们的远古祖先一样,所有的灵长类都是五趾型的,但不同的是它们演化出了另一个进步特征:可以对握的大拇指(趾)。

能对握的拇指

这一演化事件在最早的灵长类身上就已经发生了,并遗传给了这一演化分支上的所有后代物种,因此它是证明灵长类类群单系性的证据之一。

人类的手掌有些特别之处,即手掌的大拇指和小指连接的手掌肌肉异常发达,这是很少见的。人类的手不但灵活,还具有握力。对照蹄子和鸡爪,是不存在肌肉的,因为他们的爪只需满足行走功能。而灵长类动物通过锁骨的进化,解放了上肢,同时加速手部进化,变得能够抓握物体。

人类手掌肌肉

这又关联到一件有意思的事,日本黑道为什么总是“切小指”?

我们在北野武的电影中总能看到黑帮“切小指”的情节,这是日本黑道流传已久的习俗。在日本黑帮,断小指承袭了日本武士切腹的遗风,变成一种根深蒂固的谢罪行为。

《极恶非道》北野武即将被切掉的小指

但切尾指并不是我们一般想象的因为尾指用处不大,所以切掉不会有任何影响。拿过刀的人都知道,握剑柄的左小指是最要紧的,更关乎收刀纳刀。我们尝试一下将小拇指翘起,便无法紧握武器,这剥夺了一个人当武士的可能性。

我们经常看到有人会把自己的小手指甲留长,其实蓄甲之风自古就有,是身份的象征。古代老百姓需要劳作,小指甲势必会影响到生活,而贵族阶级不需要做重体力劳动,小指也就无关紧要,可以保留完整的小指甲。到了清代,风气更盛,看过清宫戏一定会发现嫔妃们都喜欢在小手指上套上一个甲套,将小手指甲蓄得极长,稍不留神就会折断。小指甲成为一种阶级壁垒,将非体力劳动者和从事体力劳动的人鲜明地划分开。

比如《红楼梦》中的晴雯,“(左手)上有两根指甲,足有二三寸长,尚有金凤仙花染的通红的痕迹。”作为地位较高的丫鬟,负责一些端茶倒水等轻松的活完全可以不用小指,而粗使丫头则没有这个待遇,所以不可能把小指甲留起来。

红楼梦剧照

小指甲到后来变为一种炫耀,表示自己养尊处优。他们在动作时会习惯性将小指翘起,保护指甲,这或许便是兰花指的源头。一般来说握住某个物体时如果翘起兰花指,手部一定是不用力的状态。

兰花指

回到五指,某些物种譬如极善跳跃的跗猴和直立行走的人类,脚上却并没有这样可以对握的第一趾,这归因于演化后期所发生的特征丢失事件。

人类的脚

在演化过程中,某些器官发生了彻底的转变,甚至改变了其功能,而另一些则依然保留着原有的形态,行使着原有的功能——这一现象被称为“镶嵌演化”。

3

第六根手指

大熊猫著名的第六指,曾引起过很多生物学家的注意。一位美国的古生物学家古尔德认为,“大熊猫的拇指”比起蝙蝠的翅膀或马的蹄子,更能让我们对演化有所了解。

和其他熊类一样,大熊猫也源起于食肉类动物。而食肉类的手已经完成了拇指指向前方的演化,与其他四指平行。对于食肉类,要想让一个指头变得“可对握”几乎是件不可能的事。

如演化图中所示,熊类早已经从它可追溯到的拥有“可对握的拇指”的祖先分支出去了,而已分支的物种完成的特征演化不可能再退回原始性状。也就是说,熊猫不可能找回已被抛弃了的“可对握的拇指”,特别是对于已经特化适应了奔跑或行走的的指关节的转变。

如果拥有一根可以对握的手指,就能实现握住纤细的竹子,这对于每天需要吃几十斤竹子的大熊猫来说是巨大的适应性优势。于是一件奇异的事情发生了,它们从腕骨中的一块籽骨转化成了可以对握的“拇指”,与手掌形成钳状,来握住竹竿。

在其他的哺乳动物中也能找到类似的操作,比如象,需要发展出一块籽骨来支撑过重的身体;比如鼹鼠,需要籽骨来增加手部的横面积,把爪子变得像一个小铲子,方便掘土。

大象的脚

鼹鼠的铲状足

生物学意义上的演化仅仅意味着转变,而并非一定会变得更复杂更进步,还包含某种形式的退化。手部结构由陆生脊椎动物的祖先一直保留至今,显示出了超乎寻常的灵巧性和令人讶异的原始性。而自人类的祖先在几百万年以前做出两足直立行走的尝试开始,它们的第一趾就开始飞速地演化,丢失了它原有的灵活性。第一趾的对握能力的丢失是一个较晚出现的衍生特征,相应获得的是两足行走的能力,它在众多特征中区分开了人类和黑猩猩。也就是说,我们身上演化最为强烈的指(趾)头恰恰不是能力超群的、古老的、可以对握的大拇指,而是那更为笨拙的、较晚才出现的大脚趾。

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