چرا بسیاری از جانوران «پنج انگشت» دارند؟

اول صبح؛ اگر به پنجه‌های یک گربه، سگ یا حتی کانگورو نگاه کنید، متوجه می‌شوید با ما ویژگی مشترکی دارند. تمام این پستانداران پنج انگشت دارند، حتی اگر برخی از آن‌ها کوچک شده یا در موقعیت متفاوتی باشند. با توجه به اینکه ما تحت شرایط متفاوتی تکامل یافته‌ایم، دلیل وجه اشتراک ما با این رفقای پشمالو چیست؟

برای پاسخ دادن به این پرسش که چرا پستانداران پنج انگشت دارند، ابتدا باید بفهمیم چرا مهره‌دارانِ چهارپا پنج انگشت دارند. پستانداران متعلق به ابر-رده‌ی «چهار اندامان» هستند که شامل خزندگان، دوزیستان و پرندگان نیز می‌شود. حتی اعضای این گروه بدون اندام سنتی، باز هم دارای پنج انگشت در اسکلت خود هستند (نهنگ‌ها، فوک‌ها و شیرهای دریایی پنج انگشت در باله‌های خود دارند) حتی اگر پایشان چهار انگشت یا کمتر داشته باشد.

البته تفاوت‌هایی وجود دارد: اسب‌ها فقط یک پنجه دارند و پرندگان در انتهای بال‌شان یک استخوان انگشت دارند. با این حال، دانشمندان کشف کرده‌اند که این حیوانات در مرحله جنینی پنج انگشت دارند که پیش از تولد کوچک می‌شوند.

توماس استوارت، زیست‌شناس تکاملی در ایالت پِن می‌گوید این فرآیند عمدتاً توسط ژن‌های هاکس مشخص می‌شود. ژن‌های هاکس پروتئین‌هایی را رمزگذاری می‌کنند که به تنظیم فعالیت ژن‌های دیگر کمک می‌کنند و آن‌ها را روشن یا خاموش می‌کنند. آن‌ها تضمین می‌کنند اعضای بدن از مرحله رشد جنینی، در محل درست خود در بدن حیوان قرار می‌گیرند. به این ترتیب، آن‌ها در مشخص کردن الگوی اسکلتی چهارپایان نقش دارند و این کار را با کمک به کنترل پروتئین‌های ایجادشده توسط ژن جوجه‌تیغی صوتی (بله، این نام واقعیست) انجام می‌دهند تا هنگام ایجاد بافت، یکدیگر را فعال و مسدود کنند.

انگشت‌ها از طریق همین فرآیند رشد می‌کنند. بسته به نوع جانور، این انگشت‌ها به رشد خود ادامه می‌دهند یا دوباره جذب می‌شوند. سپس، سلول‌ها اطراف جایی که انگشتان باید جذب شوند، انگشت‌های جداگانه ایجاد می‌کنند. استوارت می‌گوید اینکه این اتفاق دقیقاً چگونه می‌افتد، مسلماً یک مسئله‌ی بسیار پیچیده است. بسته به اینکه از کدام دانشمند بپرسید، جزئیات این اتفاق متفاوت است.

هیچکس مطمئن نیست طرح پنج‌انگشتی نخستین بار چه زمانی تکامل یافته است. استوارت می‌گوید نخستین جانوران شناخته‌شده‌ای که صاحب انگشت شدند، حدود ۳۶۰ میلیون سال پیش از ماهی تکامل یافتند و تقریباً هشت انگشت داشتند.

با این حال، وجود طرح پنج انگشتی در بیشتر چهارپایان زنده نشان می‌دهد این ویژگی احتمالاً یک «همسانی» است؛ یعنی ژن یا ساختاری که به دلیل اجداد مشترک بین ارگانیسم‌ها مشترک است. جد مشترک همه چهارپایان زنده باید به نحوی تکامل یافته باشد که صاحب پنج انگشت شده باشد و این الگو را به فرزندان خود منتقل کرده باشد.

اندام جلویی پستانداران، از جمله بازوی انسان، اندام جلویی شیر، باله جلویی نهنگ و بال پرنده

جد مشترک توجیه می‌کند پستانداران چگونه صاحب پنج انگشت شدند، اما دلیل آن همچنان روشن نیست. یک نظریه، کانالیزه شدن است؛ این ایده که به مرور زمان، یک ژن یا صفت پایدارتر می‌شود و احتمال جهش آن کمتر می‌شود. استوارت مهره‌های گردنی را مثال می‌زند: پستانداران تقریباً همیشه هفت عدد از این مهره‌ها داشته‌اند، حتی اگر این تعداد به نظر مزیت خاصی ارائه ندهند. بر اساس این نظریه، اگر این عدد میلیون‌ها سال مفید واقع شده، دلیلی برای تغییر آن وجود نداشته است.

با این حال، همه محققان با نظریه کانالیزه شدن موافق نیستند. کیمبِرلی کوپِر، متخصص ژنتیک تکاملی دانشگاه کالیفرنیا، سن دیگو، اشاره می‌کند که پُلیداکتیلی یا داشتن بیش از پنج انگشت، به عنوان یک جهش در بسیاری از پستانداران از جمله انسان رخ می‌دهد. جهش‌های متعددی وجود دارد که می‌تواند سبب ایجاد پلیداکتیلی شود، اما مطالعه‌ی تازه‌ای که در مجله Nature منتشر شد نشان داد این جهش می‌تواند از راه جهش تنها یک نوکلئوتید در ژن جوجه‌تیغی صوتی اتفاق بیفتد.

پنجه پنج‌انگشتی کوآلا

کوپر می‌پرسد: «اگر به همین راحتی باشد، چرا گونه‌های پلیداکتیل وجود ندارند؟» او چنین استدلال می‌کند که شاید دلیلش این باشد که پلیداکتیلی یک نقطه‌ضعف تکاملی باشد. برخی گمان می‌کنند شاید به پیوند ژن مربوط باشد: با تکامل ژن‌ها طی میلیون‌ها سال، برخی به هم مرتبط می‌شوند، به این معنا که تغییر یک ژن (میزان انگشتان دست) می‌تواند منجر به مشکلات جدی‌تری برای سلامتی شود. » استوارت می‌گوید اما تاکنون هیچکس دلیل مشخصی ارائه نکرده است: «ما می‌توانیم یک پرسش بسیار ساده بپرسیم، این که چرا بیش از پنج انگشت نمی‌بینیم و یافتن پاسخ ساده به نظر می‌رسد، اما مسئله‌ی واقعاً عمیقی است. همین مسئله این رشته را هیجان‌انگیز کرده است.»