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科学松鼠会

让我们剥开科学的坚果

 
 
 

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什么是科学松鼠会? 我们认为,对于部分人来说,科学就像一枚枚难以开启的坚果,虽味美却不易入口。 我们希望自己能够像松鼠一样,打开科学的坚硬外壳,将有营养的果仁剥出来,让人们能够领略到科学的美妙。 我们试图让科学传播并且流行起来。

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[少儿科普]那些神奇的“六指儿”  

2012-05-26 12:30:25|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文作者:科学松鼠会

作者:Greenan

无聊的引子

伸出你的手和脚仔细看看,有没有不同寻常的地方?

没发现?

再仔细看看?

什么,还是没有?

虽然我并不排除读者中暗藏天赋异禀的高人,但只要你不是携带着特别的基因,那是不是左右手指各五个,左右脚趾各五个?还有,你的手和脚是不是长的完全不一样?别看别人,是自己的手和自己的脚比,完全不一样。这多么不同寻常呵。

我隐约看到你撇嘴了。

好吧,试试像只猫一样趴下来,手指按着地面,手掌和膝盖不着地,前后左右挪动。保持住这个姿势,趴着跑十分钟后再回来。

回来了?你有没有觉得手指酸疼的厉害?你是不是趴着趴着就四指并拢甚至拳头着地了?“跑”到镜子面前时,你会不会突然发现,自己看上去很像一只山地大猩猩?

来,我们继续。

找一支长一点的笔,和一张纸,放在面前。坐下,脱掉鞋和袜子,用脚把笔抓起来。

什么?很容易?

太好了。那先用笔在纸上画一个戒指大小的圆圈,然后把笔放下,再抓起来在圆圈里点一个点,再放下。就重复十次吧。对了,只能用脚啊。

这下累了吧?你有几次点在圆圈外了?手脚角色互换的游戏难度还不算低吧?手原来很难做脚的工作,脚也不容易替代双手,它们只能各司其职,这太不寻常了。

正文开始

其实,我们的手和我们多数的灵长类近亲很相似,可以做出抓握和不少复杂动作。但和动物里最聪明,也是我们最近亲戚的黑猩猩相比,人类的手掌要小一些,而指尖变得更大,也因此可以做出更加精细的动作,比如捏起针补衣服什么的。我们握笔写字,或是猴子从树上摘无花果,这些动作都要依靠灵活的拇指。左右手拇指是人所有手指头中最重要的两个,难怪有些地方亲切的叫它们是“大拇哥”。

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除了灵长类,其它哺乳动物,比如熊,它们手指头的排列方向和我们的脚丫更相似,都是向前的。所以你可以在电视中看到,很多熊要么是用掌拍,要么用双手捧。让它们用“手”抓支笔,那可真太难了。

不过凡事都有例外,身为熊中的超级巨星,大熊猫就以整天抓着竹竿,平和憨厚的模样闻名海内外。大熊猫还有一项绝技,是把竹叶一片片从竹竿上整齐的捋下来,卷成个青翠碧绿的竹叶卷当点心。你可能会奇怪,大熊猫怎么就不像其它熊一样,有双像我们脚丫子这么笨的手呢?

原来,大熊猫的手上还长着一对“六指儿”,刚好可以帮它握住竹子。这对指头长在熊猫大拇指的外侧,位置比所有指头都低。当五只手指蜷起来攥着竹竿时,另外的那只六指儿刚好可以支住竹竿下部,稳稳固定。你不妨拿自己四个手指假作熊猫的五个,抓起刚才那支笔试试,熊猫的握法。

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【大熊猫的左手,蓝色的就是假拇指】

大熊猫可不是生理异常或天外来客,它手指的数量和熊一样是五个。那另外的“六指儿”是根假指头。这只“假拇指”和其它的手指完全不一样,它原本是手腕处的一块小骨头,没有关节不会弯曲。千万年来,随着这块小骨头逐渐长大成型,大熊猫也慢慢适应了它以竹子为主食的特殊饮食习惯。

大熊猫并不是唯一吃竹子的食肉动物,它的邻居小熊猫,也是竹子爱好者。虽然都被叫做熊猫,小熊猫和大熊猫之间可很难攀得上亲戚。从长相上就能看出来,小熊猫更像浣熊。但它在演化上属于独立的一支,被单独列为小熊猫科。

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【左边是小熊猫,右边是大熊猫。】

凑巧的是,小熊猫手上也有一对儿从手腕小骨头长出来的假拇指。而这对儿拇指就更神奇了。

研究古生物化石的科学家发现,小熊猫古时候的亲戚也长着这样的假拇指,可它们是吃肉的。如果不用抓竹竿往嘴里送,为什么这些祖宗还要长着便于抓握的假拇指呢?科学家们推测,小熊猫的这些古代亲戚喜欢在树上捕猎。为了抓住树梢上的猎物,他们必须能在更细的树枝上走得更稳更远才行,而这对儿假拇指刚好帮了大忙。到后来,小熊猫虽然不再需要上树梢捕猎,但假拇指还可以帮它们抓竹子,也就保留了下来。大熊猫和小熊猫不约而同用假拇指来帮助吃竹子,在生物学界被称作趋同。

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【小熊猫祖先Simocyon batalleri的外形大概是这样】

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【A是小熊猫祖先Simocyon batalleri的骨骼重建图,B是右手掌视图,1 是大熊猫的,2是小熊猫祖先的。rs就是挠骨侧籽骨。】

这些长成假拇指的小骨头可不是凭空出现,它们曾经是肌腱中的小铆钉加滑轮,可以帮助动物减轻牵拉骨头时肌肉使用的力道。这些小骨头散乱分布在各种动物身体中的各个部位,被称作“籽骨”,鼹鼠和大象也利用籽骨打造出了各自的“六指儿”。

鼹鼠的手就像两只小蒲扇。它们的手掌向外撇着,最方便舒适的活动方式恐怕就是像船桨一样前后拨动了。当小鼹鼠还在鼹鼠妈妈肚子里时,在真手指长出很久后,这些小籽骨才开始慢慢长大。它们手腕处的籽骨长成长长的镰刀型,外面包裹上皮肉,手掌面积一下就增大很多。鼹鼠的所有变化都是为了方便挖掘地道。

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【鼹鼠和它的手掌】

很少有人想到,大象也有“六指儿”。其实早在300多年前,一位苏格兰医生就这么认为了。这位名叫帕特里克?布莱尔的先生解剖了一头死亡大象,在图上给大象画了六支指骨,并因此遭到了很多人嘲笑。

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【布莱尔1710年时画的大象和骨架】

虽然大家都知道,大象和所有哺乳动物一样,在正常情况下,最多只能有五个指头。但后来的人还是会像布莱尔医生那样,偶然就在大象脚上解剖出额外一个被软骨包裹着的小骨头棒。这个骨头棒到底怎么来?做什么用?这个谜团,直到最近,才被瑞士的科学家解开。

一切要从大象特殊的站立姿态开始说起。大象是现在陆地上存活着的最巨大的动物,它们的四肢随时都在负载着几吨重的身体。别看大象四条又粗又直的腿就像四根大柱子,但从支撑身体的骨骼看,它们四肢着地的方式,却有点像本文一开始时请你尝试的那个累人姿势,以指尖触地。还好大象掌心有厚厚的脂肪垫,但脂肪毕竟没有骨头坚硬,而弥补这个负重缺陷的关键,就是手腕籽骨特化出的假拇指。

如果把大象踮着脚尖的走路方式比作穿着高跟鞋,那么假拇指的作用就是高跟鞋鞋跟,支撑着大象身体从脚后跟传到地面的重量。这个适应方式太重要了,以至于上溯到四千万年前,现代象的祖先也要依靠这根增大的籽骨。

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人类手脚图和大象足部解剖图,白色的显示为籽骨。白色显示人体相对结构的大致位置。这些六指的位置和人类指骨上的一对籽骨位置不同。

踩进妈妈的高跟鞋试试大象走路的感觉。幸亏有鞋跟,也就是那根“六指”,大象们才能走的安全稳健。

虽然没有高跟鞋根,但是大象有籽骨变成的六指;虽然没有小铲子,但鼹鼠有籽骨变成的六指;虽然没有灵活的手,但熊猫有籽骨变成的六指。不需要寄希望于发明创造,自然大师只是利用籽骨这个老旧构件,在时光中修修补补,就开发出了各种新功能。生物演化多么神奇啊。

延伸阅读

Hutchinson, J. R., C. Delmer, et al. (2011)."From Flat Foot to Fat Foot: Structure, Ontogeny, Function, and Evolutionof Elephant “Sixth Toes”." Science 334(6063): 1699-1703.

Mitgutsch, C., M. K. Richardson, et al. (2012)."Circumventing the polydactyly ‘constraint’: the mole's ‘thumb’." BiologyLetters 8(1): 74-77.

Salesa, M. J., M. Antón, et al. (2006)."Evidence of a false thumb in a fossil carnivore clarifies the evolutionof pandas." Proceedings of the National Academy of Sciences of theUnited States of America 103(2):379-382.

 

本文为《少年科学》约稿
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