我們中國人對五根手指早已司空見慣，甚至因此形成了偏愛“五”的文化傳統，比如陰陽五行、春秋五霸，事實上春秋並不隻有五霸，但選出五個似乎更好聽些。此外，我們還有五嶽、五經、五髒、五穀雜糧、五音不全、五湖四海、五體投地等詞語，隨處可見“五”的影響。
可是為什麽人類恰巧是五根手指，而不是四根或者六根，或者更多呢？這個簡單的數字背後，難道隱藏著什麽神秘的進化邏輯嗎？
人類的手指為什麽會有五根
人類隻是靈長類動物的一個代表。與人類相同，其他靈長類動物同樣也都是五根手指。事實上靈長類動物的五根手指也並非特例。其他哺乳動物雖然沒有分出手腳，但四肢末端大多同樣是五個分支，統稱為五趾型附肢，隻有部分動物例外。為了簡潔起見，我們在討論時不分手指和腳趾，統統稱為五趾結構。大量脊椎動物都保持著五趾結構，靈長類的五根手指，隻是五趾結構的延續。所以，與其問人類為什麽會有五根手指，不如問脊椎動物為什麽會保持五趾結構。
這看似是一個簡單的問題，卻是一個重大謎團。自然界可供選擇的數字很多，沒有任何法律規定長了四個腳趾將會被殺掉，那麽為什麽許多動物都會保持五趾結構？
從化石證據來看，三億多年前的兩棲動物就已經出現了五趾結構。同時存在的原始動物，比如棘龍有八根趾骨，魚龍有七根趾骨，它們主要在水中生活。這說明五趾是脊椎動物從水生向陸生進化的重要節點。從那以後，這個世界就出現了大量長著五根腳趾的動物，它們可能是兩棲動物，也可能是爬行動物，或者是鳥類和哺乳動物。
（棘龍）
毫無疑問，要想在陸地上方便地活動，就需要用四肢支撐起身體，四肢不能太粗，也不能太細。太粗超出實際需要，就是浪費；太細不足以支撐身體，就是廢物。合適的四肢應該在粗細之間尋找平衡。
有了合適的四肢，還需要合適的趾骨，而趾骨必然受到四肢的約束。簡單的邏輯是，所有趾骨都必須長在四肢末端，就像一根粗壯的樹枝分出細小的樹杈一樣，細小的枝杈隻能在大樹枝的基礎上發育，它們不能比主幹還粗。趾骨也一樣，它們的總體數量與粗細程度，必須符合實際需要，並受到四肢粗細的製約，問題是幾個趾骨才是合適的數字呢。自然選擇給出的答案是：五個。幾乎所有脊椎動物都遵循這一原則，靈長類亦然。
任何事情都有例外，趾骨的數量也一樣。比如鳥類的趾骨出現了合並現象，一般是三趾向前，一趾向後，隻剩下了四趾；鴕鳥的合並更進一步，隻剩下了三根腳趾；有的種類甚至隻保留了兩根腳趾，比如豬屬於偶蹄類動物，顧名思義，就是隻有一對腳趾。也有的動物在增加趾骨，比如熊貓就有六個手指，可以更好地握住竹子以方便咀嚼。
五趾結構：在支撐身體與靈活程度之間取得平衡
現在科學家認為，五趾動物的祖先之所以登陸成功，是因為五趾在支撐身體與靈活程度之間達到了平衡。
直白地說，既然來到地麵生活，趾骨就應該有能力支撐起身體，這是最基本的要求，而支撐能力與趾骨數量密切相關。四肢分化的趾骨越少，趾骨也就越粗；趾骨數量越多，趾骨就越細。進一步的，趾骨越粗，支撐能力就越強；而趾骨越細，靈活性也就越高。
所以，我們可以在陸生哺乳動物中發現這樣一種趨勢——體型越大，趾骨數量就越少，因為它們需要強大的支撐能力。雖然馬的體型不如水牛與河馬的，但馬的奔跑速度更快，對趾骨的衝擊力更強，所以馬隻保留了一根粗壯的趾骨，其餘的趾骨全部退化。
水牛與河馬雖然體型巨大，但是行動緩慢，河馬甚至有很長時間都待在水裏，大大減輕了對趾骨的壓力，所以兩根趾骨也足以支撐，這是它們成為偶蹄動物的主要原因。
從本質上來看，人類其實是奇蹄動物
人的體重當然不如大象的，但人類采用了一種奇特的行走方式——直立行走，體重全部由雙腿承擔，壓力比四足動物增加一倍。按照這個邏輯，以成年男性平均體重七十公斤為例，應該采用與體重一百四十公斤的動物相同的趾骨結構才對，那大致相當於野豬的體重，而野豬是偶蹄動物。也就是說，正常情況下，人類本來應該隻有兩個腳趾。
但是且慢，人類麵臨的麻煩並不隻有體重，還有長途奔跑的挑戰。在所有哺乳動物中，人類的長跑能力可謂出類拔萃，甚至可以與馬一較高下，英國每年都要舉辦一場人與馬的長跑比賽。體重是製約長跑的重要因素，我們從來不會看到飛奔的大象，它們多數情況下都在慢慢行走，因為體重太重，四肢很難承受奔跑的衝擊。人類體型適中，可以長途奔跑，但對腳的要求同樣很高，腳趾應該更加粗壯才行，甚至比偶蹄動物還要粗壯。比偶蹄動物腳趾粗壯的隻有奇蹄動物，難道人類應該和馬一樣采用相同的趾骨結構嗎？
你沒有看錯，事實正是這樣。從本質上來看，人類其實是奇蹄動物。我們的雙腿並不依靠腳趾支撐，那五個笨拙的腳趾已經處於退化的邊緣，小腳趾甚至都快要消失了。很少有人用腳趾彈鋼琴，因為腳趾的靈活性已經大幅降低，隻剩下維持平衡的功能。支撐體重與承受奔跑衝擊力的重任，其實落在了腳後跟和腳掌上。隻要看看腳後跟的粗細，你就會立刻明白，那簡直就相當於馬的蹄子。
如果人長出六根手指
科學家發現，有一種重要的基因控製著身體的發育進程，那就是Hox基因，它決定了各種器官的定位和排序，其中有一部分基因掌管著五趾發育，姑且稱之為五趾基因。共有五個五趾基因分別控製五個手指和腳趾，這五個基因之間存在微小的差別，導致了五趾大小不同。因為隻有五個明確的基因編碼區域，所以隻能產生五個趾骨，而不是更多。如果不小心多了一份基因拷貝，隻是簡單複製了附近的趾骨基因，外在的表現就是多趾症，就會多一個趾骨。萬一五趾基因發生突變，當然可以產生新的趾骨結構，但是同時也將對胚胎發育造成致命的影響，因為五趾基因還控製著其他發育環節。就像外賣小哥的車簍裏已經整齊擺放了好幾份外賣，如果非要再放一盒進去，就可能導致所有飯盒全部變形。這種同一個基因控製不同效果的現象，就叫作基因多重效應。
在胚胎發育過程中，從神經胚形成直到完成體節發育這一階段至關重要，因為在這一階段將要決定個體長成什麽樣子，科學家稱之為係統發育階段。研究發現，製約趾骨數量的五趾基因在這一時期相對活躍。在係統發育階段，身體各部分之間存在強烈的互相誘導信號，即各組織與器官通過互相發送激素信號表明自己的狀態。某一器官的發育狀態將會影響其他器官的發育狀態，這就是互相誘導。這種連鎖誘導機製將胚胎連成了一個動態的整體，任何一個部分都不能出現錯誤，否則就會引發連鎖錯誤，最後形成畸胎。就像在黑夜裏行軍的部隊，彼此沒有手機，也不能說話，隻能靠拍巴掌保持整體隊形，一旦某個人的位置錯了，就會影響其他人的位置發生錯誤。錯誤不斷放大，最終會導致整個隊伍崩潰。
為了保證發育過程不出問題，最優秀的策略就是按照此前正確的發育步驟來。五個趾骨就屬於被反複探索過的正確的發育進程，是一個相對成功的安全策略。一旦這個發育策略被改變，係統發育就會出現連鎖反應。所以，趾骨數量的多少不僅僅是數字的增減問題，而是一個涉及身體發育的係統性的問題。有一種疾病叫作手足生殖器綜合征，即手足發育與生殖器發育連鎖。一旦手足出現畸形，生殖器也同樣出現畸形。既然手足發育與生殖器發育有關，當然不能輕易突變，否則將造成比陽痿還要嚴重的後果。這隻是我們知道的連鎖關係，未知的連鎖關係可能更加複雜，一旦被破壞，後果也更加可怕。所以，五趾基因不能隨意突變。
我們可以看出，基因多重效應是保護複雜機體正確發育的重要機製，一旦發育錯誤，就會導致死亡，這是一種自我約束係統，除了推廣正確的發育機製，還能確保這個世界不會出現我們無法理解的奇異動物，這就是五趾結構可以一直保持到現在的根本原因。
為什麽會有六趾的青蛙
東南亞有一種六趾蛙，它的六趾是真正的六趾，並非用骨質增生冒充。六趾蛙不像普通的青蛙那樣以捕捉昆蟲為生，而主要以植物的花朵與果實為食。這種趾骨結構在某種程度上削弱了跳躍能力，不過並不影響覓食效率，多一根趾骨反倒更方便遊泳。但問題是，它們為什麽不擔心基因多重效應的影響呢？
根本原因是，青蛙是從水生動物向陸生動物轉變的先行者，這種轉變進程至今沒有徹底完成，它們仍然是兩棲動物。兩棲動物的意思是，它們既需要遊泳，又需要在陸地上行走，所以多一根趾骨或者少一根趾骨，似乎都有一定的好處。青蛙正是采取了某種折中策略，有四根趾骨，也有五根趾骨，還有六根趾骨，關鍵是它們該如何回避基因多重效應的製約。
這與兩棲動物獨特的發育機製有關，它們在肢體發育階段具有很強的自我組織能力，四肢發育相對獨立，不與其他器官產生明顯的互動，肢體發育的波動不會影響係統發育，基因的多重效應因此大為減弱。正因為這一特征，青蛙是移植器官的良好實驗對象，科學家甚至可以讓青蛙的頭部長出腿來，但用哺乳動物來做這一實驗就很難成功。也就是說，兩棲動物的肢體發育比哺乳動物的具有更大的彈性，所以我們才有機會見到六趾的青蛙。
為什麽很少出現四趾
對人類來說，與六趾相比，四趾更為少見。醫學調查發現，趾骨減少症的發生率隻有萬分之六，遠遠低於多趾症的發生率。這是一個奇怪的現象，按照一般邏輯，丟失某種東西要比得到某種東西容易得多，就像丟失錢包容易，但找回錢包很難一樣。趾骨基因卻很難丟失，這從另一個側麵證明了控製趾骨發育的基因異常重要，丟失造成的損害要大於增加造成的損害，那其實是基因多重效應的另一種表現形式。
對於穿行在樹冠中的靈長類動物來說，五趾結構更是有著不可替代的優勢。一方麵，五趾結構可以牢牢地抓住樹枝，特別是大拇指與其他手指對握，這種抓握能力是其他哺乳動物都沒有的。你不可能指望一匹馬爬上樹去，然後在樹冠之間來回遊蕩，它們的五趾已經退化到隻剩一趾，無論如何也沒法完成如此高難度的抓握動作。所以，五趾結構是保證靈長類樹居生活的前提。另一方麵，五根手指還可以靈活地摘取樹梢上的果實。
如果隻有兩根或者三根手指，摘取果實的能力就要大打折扣，可見五根手指是在力量與靈活性之間取得平衡的結果。如果是六指，則力量太弱；如果是四指，則靈活性不足。隻有五根手指，才是最完美的設計。試圖違背這一原則的靈長類動物，要麽容易跌下樹摔死，要麽因為摘取果實時靈活性不足而餓死，它們用自己的死亡淘汰了所有非五趾的結構，人類隻不過是順應了自然的潮流而已。
由此可見，人類的五指並非偶然的發明，而是自然選擇的必然結果。
以上內容選自《生命的色彩：我們為什麽沒有綠色的頭發》
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