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【为什么青蛙蝾螈这些两栖动物是四趾,而爬行和哺乳动物都是五趾?】
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这个问题是基于一个小伙伴私信的问题 , 原问题为:为什么青蛙蝾螈这些两栖动物是四趾 , 而爬行和哺乳动物都是五趾?
其实 , 小伙伴提的这个问题是一个伪命题 , 因为即使是像青蛙、蝾螈这类的两栖动物 , 趾前后的数量也是不同的(前四后五) , 而爬行动物中的蛇是没有四肢更没有趾的 , 即便是哺乳动物 , 趾的数量也是五花八门的 , 几乎除了灵长类动物有五个趾外 , 其他的动物从一个到六个都是存在的 。
因此 , 我们不妨来讨论一下为何脊椎动物的脚趾数量不同(下图为青蛙后肢的趾)
首先 , 原始的陆生脊椎动物是五趾的地球的生命起源于海洋 , 而海洋生物到陆地经过了一个漫长的过程 , 因为在水中 , 有水的浮力 , 只需要能控制浮沉以及身体摆动就可以移动了 。 但是到陆地上 , 动物必须要具备直接从空气中获取氧气的能力以及移动的能力 。
所以陆生脊椎动物的祖先是最早具有“肺”的动物 , 从目前的化石证据看 , 陆生脊椎动物的共同祖先是总鳍鱼类中的骨鳞鱼 , 它们有着与如今肺鱼一样的呼吸系统 , 既可以从水中获取氧气 , 又可以直接从空气中获取氧气 。
随着不断地尝试到陆地上 , 骨鳞鱼的两对胸鳍演化成了腿的形态 , 增加了身体支撑性 。 从化石证据看 , 骨鳞鱼是有五个趾的 , 因此 , 陆生脊椎动物为何大都是四肢就解决了 。
那么 , 为何不是一个两个 , 六个七个 , 反而是五个趾呢?这个问题就要交给自然选择了 , 在水生脊椎动物第一次登陆时 , 它们四肢的粗细其实就已经经过了自然选择了 , 太粗壮 , 走路太费劲 , 太细小 , 支撑性又差 , 所以自然选择留下了适合动物在陆地上生存的腿部粗细度 。
那么 , 趾的数量又是如何确定的呢?脚趾的数量其实也是自然选择确定的 , 因为在陆地上行走 , 脚是与地面直接接触的 , 而接触面积越大 , 当迈步的时候 , 稳定性才越强 , 站立时对脚步骨骼的压力也越小 。
而且从鱼到陆生动物 , 还有一个器官约束了趾的数量 , 那就是蹼 , 蹼与脚趾相连 , 对于两栖动物来说 , 这是非常重要的一个器官 。
又想增加接触面积 , 又有蹼的约束 , 自然选择最后保留了有5个脚趾的动物 , 而这成为了陆生脊椎动物脚趾的主流数目 。
因此 , 其实最早的陆生脊椎动物其实是四肢五趾的 , 只不过 , 在漫长的陆地生活中 , 不同生态位的动物又开始了演化才出现了不同而已 。 下面我们以哺乳动物为例来说一下趾的数量 。
哺乳动物五花八门的趾数量以及原因小伙伴之所以会认为哺乳动物都是五趾 , 就是因为我们人类就是五趾 , 但其实 , 在自然界中 , 除了哺乳动物有五趾的演化外 , 其他的哺乳动物趾的数量是有很大的差异的 。
首先是一趾动物 , 在哺乳纲下有奇蹄目 , 这个目下的动物脚趾是单数的 , 当然也有一个的比如马 , 这是因为马是一种以奔跑能力著称的动物 , 而作为一种大型动物 , 奔跑速度快 , 要求脚的支撑性一定要好 , 所以它融合了五个脚趾变成了一个 , 这让它的脚趾更能适应强大的冲击力 。
其次是二趾动物 。 哺乳纲下有奇蹄目 , 自然就有偶蹄目 , 在偶蹄目中最常见的就是两个脚趾的 , 比如牛、羊等都是如此 。 在偶蹄目下大部分都是中大型的食草动物 , 它们虽然也需要奔跑 , 但更多的是短跑 , 而不是长距离奔袭 , 所以奔跑对它们蹄子的冲击力不是很大 , 再加上偶蹄目动物的原生环境大都是崎岖的山路 , 两个脚趾更有利于保持身体的平衡 , 留下两根趾骨是最合适的 。
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