廣受歡迎的童謠《這隻小豬》是許多人童年時代的記憶。這首詩講述了五隻小豬的故事，每隻小豬都對應著我們的一根手指或腳趾。孩子們很喜歡這首童謠，但如果你停下來思考一下，這首簡單的童謠卻引出了一個有趣的問題：為什麼人類的四肢上都有五個手指或腳趾呢？
簡單的答案是，這就是我們進化的方式，但要確定這些手指的起源和演化過程，則是另一回事。 「當我們談到為什麼我們有五個手指和腳趾，而不是六個或四個時，我認為這是一個非常棘手的問題，」羅格斯大學遺傳學系副教授中村哲也說道。要找到答案，我們需要追溯到數百萬年前。
一切都始於一個共同的祖先
所有四足動物，包括兩棲類、爬行動物、鳥類和哺乳動物，都起源於共同的魚類祖先。 「如果你問，『我們從哪裡來？』我們的共同祖先是魚類，」中村說。
魚類最初在地球泥盆紀（約3.6億年前）進化出四肢，以便在陸地上行走。從演化角度來看，不久之後，最早的四肢生物──每隻四肢最多可長有八個指頭──便捨棄了多餘的指頭。從此以後，五指五趾成為世界上最早的四足動物的標準特徵。
那套五位數的計劃很快就被編碼到我們早期祖先的Hox基因中。 Hox基因是一組主控基因，它們如同遺傳藍圖，確保身體的各個部位、器官和四肢最終都發育到正確的位置。自那時起，這些Hox基因決定了我們所有的共同祖先都是從那套五位數的藍圖演化而來的。
當然，並非所有現存脊椎動物都擁有五指五趾，但超過99%的四足動物（所有擁有脊椎的陸生動物）都具有相同的五指骨骼結構。這包括海獅、鯨魚和海豹，它們的鰭狀肢內隱藏著五個指狀突起；還有蝙蝠，它們出生時就擁有蹼狀的指趾，這些指趾構成了它們翅膀的結構。甚至馬和鳥的胚胎在發育初期也會短暫地擁有五個指趾，之後才會重新發育成蹄子，或者（在鳥類的情況下）發育成數量較少的腳趾。
每500到1000人中只有一人天生長有多餘的手指或腳趾。這種先天差異被稱為多指畸形，與一種名為音蝟因子（Sonic Hedgehog）的基因過度表達有關（你沒看錯！）。
追溯到魚類
然而，直到2016年，芝加哥大學的一群科學家才確定了魚鰭的鰭條（為魚鰭提供結構、靈活性和額外支撐的骨骼元素）最終是如何演化成手指和腳趾的。中村是團隊的成員之一。
科學家使用了斑馬魚、青鱂魚以及其他常見於家庭水族箱中的小型輻鰭魚進行研究。他們利用CRISPR-Cas基因編輯技術，透過改變魚類的DNA，刪除了肢體發育所需的Hox基因。
科學家隨後將這些突變魚的胚胎細胞與小鼠的胚胎細胞進行比較，觀察它們的生長發育過程，最終確定了兩者之間的基因連結。 「我們發現，我們的手指和魚鰭的鰭條都使用相同的Hox基因及其功能來發育，」中村說。換句話說，魚鰭的鰭條和我們的手指都源自於同一組遺傳基因。
這一切意味著什麼
雖然他們的研究確定了魚鰭條和四足動物指趾之間的直接關聯，但關於人類手指和腳趾的演化過程，我們仍有許多需要了解的地方。 「我們發現，儘管手指和鰭條的結構截然不同，但它們很可能是由鰭條進化而來的，」中村說。
「還有很多問題懸而未決，」他說道，「例如，它們是如何變成手指的？又是什麼樣的基因和分子調控了這種轉變？」中村認為，隨著過去十年間更先進的基因編輯工具，例如更精準的CRISPR-Cas9系統的出現，這些問題的答案或許很快就會揭曉。
其他共同點
中村認為，四足動物和魚類在其他方面也存在基因上的相似之處。例如，陸生脊椎動物的後肢是由祖先肉鰭魚的腹鰭演化而來，而肩胛帶（構成我們肩膀基礎的骨骼結構）則是由魚鰓弓發育而來，魚鰓弓是支撐魚鰓進行呼吸和攝食的骨骼環。
中村說：「雖然魚類沒有脖子，但在進化過程中，人類不知何故將頭骨與肩胛帶分離，形成了頸部。」 這使我們能夠獨立於身體活動頭部，從而進行諸如狩獵和觀察地平線等活動。
這就是所謂的“進化創新”，即一種新的性狀或特徵，它使生物體能夠更好地發揮功能並適應環境，就像我們人類長出手指和腳趾一樣。 “我們借鑒了魚鰭的結構，”中村說，“隨著時間的推移，我們的身體改變了這些結構，使其發育成更適合陸地生活的指狀組織。”
它只是一個數字。
至於為什麼我們有五隻手指和五根腳趾呢？這個問題至今沒有定論，但這個數字確實很適合寫成一首童謠。
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