چرا اغلب پستانداران پنج انگشت دارند؟

اگر به پنجه‌های گربه، سگ یا حتی کانگورو نگاه کنید، متوجه می‌شوید که آن‌ها چیزی مشترک با دستان ما دارند. همه‌ی این پستانداران دارای پنج انگشت هستند، حتی اگر برخی از آن‌ انگشت‌ها کوچک شده یا در موقعیت متفاوتی قرار داشته باشند. چرا ما با اینکه تحت شرایط مختلفی تکامل یافته‌ایم با دوستان پشمالوی خود در این ویژگی مشترک هستیم؟

به گزارش زومیت، برای پاسخ به این سؤال که چرا پستانداران پنج انگشت دارند، ابتدا باید بفهمیم که چرا مهره‌دارانِ چهارپا، پنج انگشت دارند. پستانداران متعلق به بالارده‌ی تتراپودها (چهاراندامان) هستند که شامل خزندگان، دوزیستان و پرندگان نیز می‌شود. حتی اعضای این گروه که اندام‌های سنتی را ندارند، دارای پنج انگشت در اسکلت خود هستند، نهنگ‌ها، فوک‌ها و شیرهای دریایی پنج انگشت در باله‌های خود دارند، حتی اگر انگشتان پای آن‌ها چهارتا یا کمتر باشند.

در بین تتراپودها تفاوت‌هایی وجود دارد. اسب‌ها فقط یک انگشت دارند و پرندگان یک استخوان انگشت در انتهای بال خود دارند. دانشمندان کشف کرده‌اند که این حیوانات در زمان جنینی با پنج انگشت شکل می‌گیرند، اما قبل از تولد انگشت‌‌های دیگر آن‌‌ها کوچک شده و از بین می‌روند.

اندام جلویی مهره‌داران، بال پرنده، بازوی انسان، اندام جلویی شیر، اندام جلویی اسب، دست قورباغه و باله‌ی جلوی نهنگ.

توماس استوارت، زیست‌شناس تکاملی در دانشگاه ایالت پنسیلوانیا، به لایوساینس گفت فرایند تشکیل انگشت‌ها عمدتاً تحت کنترل ژن‌های هاکس (Hox genes) است. ژن‌های هاکس پروتئین‌هایی را رمزگذاری می‌کنند که به تنظیم فعالیت ژن‌های دیگر کمک می‌کنند و آن‌ها را روشن یا خاموش می‌کنند. آن‌ها کمک می‌کنند تا از درست قرار‌گرفتن اعضای بدن در محل خود با رشد جنین در بدن حیوان اطمینان حاصل شود.

ژن‌های هاکس همچنین در الگوی اسکلتی چهارپایان نقش دارند و این کار را با کمک به کنترل پروتئین‌های ایجاد‌شده توسط ژن سونیک خارپشت (sonic hedgehog gene) برای فعال و غیرفعال‌کردن یکدیگر در حال ساخت بافت انجام می‌دهند.

از طریق فرایند کنترل ژن‌ها، جوانه‌های انگشت رشد می‌کنند. بسته به نوع جانور، این جوانه‌ها می‌توانند به رشد خود ادامه دهند یا دوباره جذب شوند. سپس، سلول‌های اطراف، جایی که انگشتان باید در آن قرار داشته باشند، می‌میرند و انگشت‌‌های جداگانه ایجاد می‌کنند. به‌گفته‌ی استوارت، توضیح دقیق جزئیات اینکه چگونه این اتفاق می‌افتد، بسته به اینکه آن را از کدام دانشمند بپرسید، متفاوت است.

هیچ‌کس مطمئن نیست که این طرح پنج انگشتی برای اولین بار چه زمانی تکامل یافته است. استوارت گفت اولین جانوران شناخته‌شده‌ای که انگشتان خود را رشد دادند، حدود 360 میلیون سال قبل، از ماهی تکامل یافتند و هشت انگشت داشتند.

با این حال، وجود طرح پنج انگشتی در اکثر چهارپایان زنده نشان می‌دهد که این ویژگی احتمالاً یک «همسانی» یا «هم‌ساخت‌شناسی» است؛ یعنی ژن یا ساختاری که بین ارگانیسم‌ها مشترک است، زیرا آن‌ها ریشه در یک جد مشترک دارند. جد مشترک همه‌ی چهارپایان زنده باید به نحوی پنج انگشتی تکامل یافته و این الگو را به فرزندان خود منتقل کرده باشد.

زرافه و انسان هفت مهره‌ی گردن دارند.

یک جد مشترک توضیح می‌دهد که چگونه پستانداران پنج انگشت دارند، اما دلیل و چرایی آن را به ما نمی‌گوید. یک نظریه، کانالیزه‌شدن است؛ به معنی اینکه با گذشت زمان، یک ژن یا صفت پایدارتر شده و احتمال جهش آن کمتر می‌شود. استوارت مهره‌های گردن را مثال زد: پستانداران تقریباً همیشه هفت عدد مهره‌‌ی گردن دارند، حتی اگر این تعداد به نظر مزیت خاصی نداشته باشد. بر اساس این نظریه، اگر این عدد میلیون‌ها سال کار کرده باشد، دلیلی برای تغییر آن وجود ندارد.

تمام محققان با نظریه‌ی کانالیزه‌شدن موافق نیستند. کیمبرلی کوپر، متخصص ژنتیک تکاملی در دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو، می‌‌گوید «پلی‌داکتیلی» یا داشتن بیش از پنج انگشت، به‌عنوان یک جهش در بسیاری از پستانداران از جمله انسان رخ می‌دهد. جهش‌های متعددی وجود دارد که می‌تواند باعث ایجاد پلی‌داکتیلی شود، اما مطالعه‌ای که اخیراً در مجله نیچر منتشر شده، نشان داد که ایجاد پلی‌داکتیلی می‌تواند از طریق جهش تنها یک نوکلئوتید در ژن سونیک خارپشت اتفاق بیفتد.

کوپر پرسید: «اگر پاسخ به همین راحتی باشد، چرا گونه‌های پلی‌داکتیل وجود ندارند؟» او استدلال می‌کند که وجود نداشتن این گونه‌ها به دلیل این است که پلی‌داکتیلی یک نقطه‌ضعف تکاملی است.

برخی گمان می‌کنند که این ممکن است به پیوند ژن مربوط باشد: با تکامل ژن‌ها در طی میلیون‌ها سال، برخی از آن‌ها به هم مرتبط می‌شوند، به این معنی که تغییر یک ژن (میزان انگشتان دست) می‌تواند به مشکلات جدی‌تر برای سلامتی منجر شود؛ اما تاکنون هیچ‌کس دلیل مشخصی ارائه نکرده است.

استوارت گفت: «شاید به‌نظر برسد جواب سؤال ساده‌ی چرا بیش از پنج انگشت نداریم هم باید ساده باشد. اما این یک مسئله‌ی بسیار عمیق است که مطالعه در این زمینه را واقعاً هیجان‌انگیز می‌کند.»