Dlaczego większość ssaków ma 5 palców?

Ludzie, psy, koty i wiele innych ssaków ma ten sam pięciopalczasty układ przednich kończyn. Getty Images / Sergey Ryumin

Jeśli spojrzysz na łapy kota, psa, a nawet kangura, zauważysz, że mają coś wspólnego z naszymi dłońmi. Nawet jeśli u niektórych ssaków są one skurczone lub mają inne ułożenie, wszystkie ssaki mają pięć palców. Dlaczego dzielimy ten wzorzec z naszymi futrzanymi przyjaciółmi, mimo że ewoluowaliśmy w innych warunkach?

Aby odpowiedzieć na pytanie, dlaczego ssaki mają pięć palców, musimy najpierw zrozumieć, dlaczego kręgowce czworonożne mają ich pięć. Ssaki należą do nadgromady tetrapodów, do której zalicza się również gady, płazy i ptaki. Nawet członkowie tej grupy bez tradycyjnych kończyn mają pięć palców w szkielecie, - wieloryby, foki i lwy morskie mają pięć palców w płetwach - nawet jeśli mają cztery lub mniej (widocznych) palców.

Istnieją pewne wyjątki: konie mają tylko jeden palec, a ptaki mają jedną zrośniętą kość palca na końcu skrzydła. Naukowcy odkryli jednak, że zwierzęta te jako zarodki mają pięć 'palców', które znikają przed urodzeniem. 

- Proces ten jest podyktowany w dużej mierze genami homeotycznymi - przekazał Live Science Thomas Stewart, biolog ewolucyjny z Penn State. Geny homeotyczne kodują białka, które pomagają regulować aktywność innych genów, włączając lub wyłączając je. Zapewniają one, że części ciała znajdą się we właściwym miejscu w ciele zwierzęcia, kiedy rozwija się ono z zarodka. W związku z tym biorą udział w tworzeniu układu kostnego czworonogów i robią to, poprzez kontrolowanie białek tworzonych przez homolog sonic hedgehog (tak, to prawdziwa nazwa), aby mogły aktywować i blokować się nawzajem podczas tworzenia tkanek. 

W tym procesie zawiązki palców rosną i w zależności od rodzaju zwierzęcia, mogą dalej rosnąć lub ponownie się wchłonąć. Następnie komórki wokół miejsca, w którym powinny być palce umierają, tworząc oddzielne palce. To, jak dokładnie to się dzieje, jest „wprawdzie dość skomplikowanym zagadnieniem”, powiedział Stewart. Szczegóły różnią się w zależności od naukowca, którego zapytasz.

Nikt nie jest pewien, kiedy ten pięciopalczasty układ pojawił się po raz pierwszy. Stewart powiedział, że pierwsze znane zwierzęta, u których rozwinęły się palce, wyewoluowały z ryb około 360 milionów lat temu i miały aż osiem palców. Jednak istnienie układu pięciu palców u większości żyjących czworonogów wskazuje na to, że cecha jest prawdopodobnie „homologiczna” — jest genem lub strukturą, która jest wspólna dla organizmów, ponieważ mają wspólnego przodka. Wspólny przodek wszystkich żywych czworonogów musiał w jakiś sposób ewoluować, aby mieć pięć palców i przekazać ten fenotyp swoim potomkom.

Wspólny przodek wyjaśnia, w jaki sposób u ssaków powstało pięć palców, ale nie mówi nam, dlaczego mają ich akurat pięć. Jedną z teorii jest kanalizacja - koncepcja, według której z czasem gen lub cecha staje się bardziej stabilna i mniej podatna na mutacje. Stewart podał przykład kręgów szyjnych: ssaki prawie zawsze mają siedem takich kręgów, mimo że liczba ta nie wydaje się oferować szczególnej przewagi. Zgodnie z tą teorią, jeśli ilość ta sprawdzała się przez miliony lat, to nie ma powodu, aby ją zmieniać.

Jednak nie wszyscy badacze zgadzają się z teorią kanalizacji. Kimberly Cooper - genetyk rozwoju ewolucyjnego na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego - wskazuje, że polidaktylia, czyli posiadanie więcej niż pięciu palców, występuje jako mutacja u wielu ssaków, w tym u ludzi. Istnieje wiele mutacji, które mogą powodować polidaktylię, ale nowe badanie, opublikowane w czasopiśmie Nature Found wykazało, że może to nastąpić poprzez mutację nawet jednego nukleotydu w homologu sonic hedgehog.

- Jeśli to takie łatwe - zapytała Cooper - dlaczego nie istnieją gatunki polidaktylowe? - Argumentowała, że musi to być spowodowane tym, że polidaktylia jest wadą ewolucyjną. Niektórzy spekulują, że może to być spowodowane powiązaniem genów: ponieważ geny ewoluują przez miliony lat, niektóre stają się powiązane, co oznacza, że zmiana jednego genu (liczby palców) może prowadzić do innych, poważniejszych problemów zdrowotnych. 

- Ale jak dotąd nikt nie przedstawił konkretnych dowodów - powiedział Stewart w wywiadzie dla Live Science.

- Możemy zadać bardzo proste pytanie, dlaczego nie ma więcej niż pięć palców i wydaje się, że powinniśmy dojść do prostej odpowiedzi - powiedział. - Jednak jest to bardziej skomplikowane. To sprawia, że [ta dziedzina] jest naprawdę ekscytująca.