要驾驭灭霸的手套,你需要这个演化了六百万年的大拇指


图片来源:《复仇者联盟 3》(douban.com),一张图都不剧透。


打响指是一种了不起的能力,它对手的灵活性有很高的要求,在演化上具有重要的意义。除了部分灵长类之外,也就只有熊猫和小熊猫有希望学会打响指了。


撰文 | 戚译引

来源 | 科研圈(ID:keyanquan)


漫威电影中的反派灭霸有个无限手套,戴着它打一个响指,宇宙中一半的生命就会消失。按照设定,这个手套并不具有“宿主特异性”,谁戴着它都能发挥出威力(我们先不考虑尺寸合不合适这种问题)。这样的东西一定要妥善保管,不能让它落到坏人手里,落到孩子或其他灵长类动物手里也不行,最好也别让熊猫拿到。


从演化的角度来看,打响指是一种了不起的能力,因为它要求手指足够灵活,尤其是拇指。拇指在灵长类演化过程中发挥着重要作用,然而与我们亲缘关系较远的熊猫也有这样的“拇指”,这可以说是演化中的一个奇迹。



比个“OK”有多难?


打响指的时候,我们需要让拇指与其他手指的指尖相接触。这个动作对人类来说很简单,却曾经被视为“人之所以为人”的特征之一,因为抓握能力是制造和使用工具的前提。


这个动作的奥秘就在于拇指腕掌关节(CMC joint)。在你的手背上沿着拇指往下摸,到靠近手腕的地方能摸到一个关节,这就是它。拇指腕掌关节是拇指与其他手指骨的连接处,它是一个鞍状关节(saddle joint),比其他手指的关节更加灵活,这使得拇指能够独立于其他手指,进行幅度更大的活动。最重要的是,人的拇指能够碰到其他手指指尖,甚至任何一个指关节,并调节按压的力度,这些动作是完成精细抓握的前提。



人手部骨骼,可以看到其他手指的掌骨部分是相连的,而拇指(最上方)的关节与其他指关节不同。图片来源:Wikipedia


能够轻松碰到其他手指指尖的拇指被称为对生拇指(opposable thumb)。学界曾经认为对生拇指的出现与石器制造有关,但近期的研究认为它出现得更早一些,可能促进了采集能力的发展。2010 年的一项研究对化石证据进行分析,认为人类大约在 600 万年前就演化出了这样的结构,这时人和黑猩猩刚刚发生分化 [1]


不过嘛,所有演化赠送的礼物,早已在暗中标好了价格。人类在日常生活中非常依赖这个灵活的拇指,因此随着年龄的增长,关节逐渐磨损,最终可能会引发拇指腕掌关节炎,性别为女或年龄超过 40 岁都是风险因素[2]。黑猩猩大概不会有这个困扰。



黑猩猩能点赞吗?


对生拇指其实并不是人类特有的。黑猩猩、猕猴等动物都拥有对生拇指,理论上都有希望学会打响指,点赞、“666”之类的动作更不在话下。


具体而言,分布在中美洲和南美洲的新大陆猴(阔鼻小目)没有这样的拇指,而与猿类亲缘关系较近的旧大陆猴(狒狒和猕猴)有对生拇指,只是灵活程度各不相同[3]。旧大陆猴与人类和猿同属于狭鼻小目分布在非洲和欧亚大陆,包括叶猴、猕猴等。近距离接触过猕猴的游客(和研究人员)都知道它们抢东西有多么灵活。



食蟹猴吃花生,这是一种旧大陆猴。图片来源:Muhammad Mahdi Karim/Wikipedia


在探讨人和猿类差异的时候,学界还会参考另一个重要指标,就是拇指的相对长度,可以用拇指与无名指长度的比值来衡量(这里的手指长度包含了掌骨,大约相当于指尖到手腕的长度)。和其他的猿相比,人的拇指相对长度要长得多。


2015 年,Nature Communications 的一篇论文探讨了人和猿手掌比例的差异[4][5]。研究指出,人类和黑猩猩发生物种分化之后,人类的祖先主要生活在地面上,精确抓握的能力能提高采集食物的效率;而黑猩猩的祖先生活在树上,它们的手指掌骨部分变得更长,以便更好地进行攀爬。可以说,在物种分化之后,黑猩猩的手发生了更多的变化,以适应树栖生活,而人的手反而保留着更多的“原始”特征。



黑猩猩的手掌(左)vs. 人类的手掌(右)。图片来源:Denise Morgan for the University of Utah


其他猿类拇指的相对长度也和它们的生活习性密切相关。拇指相对最短的前三名依次是长臂猿、红毛猩猩和黑猩猩;而大猩猩主要生活在地面,它们的手指比例和人类更为接近。



指头不够,手腕来凑


为了避免世界被无限手套意外毁灭,有一种动物也需要小心,那就是熊猫。


熊猫能够握住细小的竹子,还能熟练地撕下竹叶。它们一共有六个指头,用于握住竹子的“拇指”没有指关节,只有一块骨头,生长在真正的拇指外侧,因此被称为伪拇指(false digit)



图片来源:Pixabay


这块骨头叫做桡侧籽骨,原本属于手腕,却在演化过程中逐渐特化,变得越来越长。同时,与之相连的肌肉也发生了复杂的改变,能够将伪拇指拉向其他的指头。这些变化让熊猫能够更好地握住竹子。


如图,左侧为人类的手,绿色部分为拇指骨骼;右侧为熊猫的前爪,绿色部分是真正的拇指,即人类的拇指在演化上对应的部分,外侧是伪拇指。

图片来源:

https://evolution.berkeley.edu/evolibrary/article/analogy_06 


其他一些熊和浣熊也会用前肢抓握物体,虽然不如灵长类灵活,但也远远超过了其他哺乳动物(从这个角度看来,火箭浣熊之所以是浣熊是有充分理由的)。尤其值得一提的是同样以竹子为食的小熊猫,它们的伪拇指几乎和熊猫一模一样,尽管这两个物种在 4000 万年前就已经分道扬镳。中国科学院动物研究所曾经对其中的机制进行了分析,认为熊猫和小熊猫的伪拇指具有相似的遗传基础,但各自独立演化[6]。事实上,小熊猫属于鼬超科中的小熊猫科,与熊猫的亲缘关系不算很近。


这是趋同演化的一个典型案例:熊猫的拇指和人的拇指有着截然不同、相互独立的起源,最终实现了几乎相同的功能。因此,一些古生物学家将演化比作修补匠,它漫无目的地摆弄着有限的“零件”,总能碰巧找到富有创意的解决方案,让生物更加适应它们所生存的世界[7]


如果灭霸的手套能多一个手指,没准熊猫也能用它毁灭世界。当然,灵活的拇指只是打响指的必要不充分条件,毕竟某些人类也没能学会打响指不是么……



参考资料

1. Almécija S, Moyà-Solà S, Alba DM (2010) Early Origin for Human-Like Precision Grasping: A Comparative Study of Pollical Distal Phalanges in Fossil Hominins. PLoS ONE 5(7): e11727. 

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0011727

2.https://www.mayoclinic.org/diseases-conditions/thumb-arthritis/symptoms-causes/syc-20378339

3. https://www.britannica.com/animal/monkey#ref225158

4. Almécija, S. et al. The evolution of human and ape hand proportions. Nat. Commun. 6:7717 doi: 10.1038/ncomms8717 (2015).

5. Balter, M. (2019). Humans have more primitive hands than chimpanzees. 

[online] Science | AAAS. Available at: https://www.sciencemag.org/news/2015/07/humans-have-more-primitive-hands-chimpanzees.

6. Hu, Yibo, et al. "Comparative genomics reveals convergent evolution between the bamboo-eating giant and red pandas." Proceedings of the National Academy of Sciences 114.5 (2017): 1081-1086.

7. 《熊猫的拇指》,斯蒂芬·杰·古尔德 著,田洺 译,海南出版社

本文转载自公众号“科研圈”(ID:keyanquan)


《万物》2019年4月刊现已上市

点击图片或点“阅读原文”立即购买

评论已关闭