你脚趾的末端,就是人类灵长类历史留下的进化印记,就藏在我们眼皮底下。与锋利的弯钩或强壮的蹄子不同,我们拥有由双层角蛋白组成的扁平甲片,只覆盖在指尖的顶部。然而,对大多数其他脊椎动物来说,情况并非如此。杜克大学灵长类动物中心古生物学家兼化石馆馆长马修·博斯(Matthew Borths)表示,只有灵长类动物(以及少数模仿它们的有袋动物)拥有指甲。“从化石记录来看,所有灵长类动物的共同祖先都有指甲,这一点很清楚。” 他补充说,关于为什么会这样,并没有一个单一的确切答案,但“有很多推测”。
从当下的、人类的视角来看,不难理解指甲的价值:我们可能会用手指甲打开苏打水瓶盖、捡起硬币或挠痒。但脚趾甲,通常除非到了需要修剪的时候才会被注意到,似乎不太符合直觉。那么,我们为什么会有脚趾甲呢?专家们是这么认为的。
提高抓握力
脚趾甲,就像我们生理上的其他一切一样,是进化的产物。大多数理论认为,指甲取代爪子是为了适应灵长类动物独特的攀爬生活方式。与同样攀爬的有爪动物不同,灵长类动物依靠可对握的脚趾和拇指来用整个手脚进行抓握。相比之下,爪子通过勾住或钩住树干和树枝来起作用。博斯说,有了爪子,你必须对攀爬的表面有所选择,但有了整个肢体的抓握,灵长类动物可以更容易地抓握不同质地、形状和大小的树枝。
爪子可能从灵长类动物的解剖结构中消失,是因为它们在某种程度上阻碍了我们安全抓握的能力(想象一下,每次尝试抓住一个狭窄的物体时,长而锋利的爪子都会抠进你的手掌)。石溪大学解剖科学助理教授斯蒂芬妮·马伊奥利诺(Stephanie Maiolino)指出,虽然这并非普遍适用,许多树栖有爪动物也能抓握,但“可能还有其他因素在起作用”。
哺乳动物的爪子可能演变成了扁平的指甲,因为这种改变具有一些优势。我们的扁平指甲使得指尖和脚趾尖更宽,同时为我们柔软的肉垫提供了反作用力表面。博斯解释说,有了指甲,当我们施加压力时,我们的指尖和脚趾尖会向外扩张,增加接触面积、摩擦力,从而提高抓握力。
博斯说,尽管人类在演化为双足动物后,很大程度上失去了灵活的、可抓握的脚,但脚趾的可对握性在化石记录中实际上比拇指的可对握性出现得更早。我们的祖先在用手抓握之前就已经在用脚抓握了,因此脚趾甲在早期灵长类动物的攀爬抓握中起到了作用。他补充说,直到今天,所有其他现存的灵长类动物都保留了它们抓握的脚。
另一种理论认为,我们抓握的物体在塑造灵长类动物的进化以及最终塑造我们的指甲方面起到了至关重要的作用。杜克大学进化人类学副教授道格·博耶(Doug Boyer)提出了一种假说:抓握以及随后的指甲的出现,正是为了帮助我们的祖先在树枝末端觅食水果和坚果。博耶认为,在细长的树枝上活动和收集成熟的水果,用指甲而不是爪子可能更容易。“如果你的生存几率很大程度上取决于在树枝末端觅食,那么可能会有去除爪子的选择性压力。” 然而,到目前为止,他指出还没有生物物理学研究明确证实这一假说。
我们没有爪子的手指和脚也使得精细抓握更加简单。例如,小心翼翼地从叶子上摘下昆虫,可能用我们柔软带指甲的指尖比笨拙的爪子更容易。博耶说:“也许爪子会妨碍我们快速伸出手去抓取小东西。” 他指出,一种假说是,夜行性的、依赖视觉的昆虫喂食影响了灵长类动物的进化和爪子的丢失。
灵敏性和社交性
有助于从叶子上摘下可口昆虫的精细运动技能,同样适用于从同伴身上抓取昆虫和其他寄生虫。无论我们的手脚(以及指甲)是否为此目的而进化,许多灵长类动物都用这些带指甲的肢体来梳理同伴。“如果我们有爪子,但其他一切都一样,我们还会互相梳理吗?很可能,但很难说,”博斯说。
博耶指出,缺乏爪子在某些情况下会使自我梳理更具挑战性,因为难以抓到那些难以触及的地方。他认为,社交梳理的出现可能部分是由于指甲。“一旦指甲进化了,对同伴梳理的需求可能就更大了,因为它们自己更难做到这一点,”博耶推测。他补充说,在一些灵长类动物物种中,梳理爪在某些脚趾和手指上重新进化了。博耶说,大多数拥有梳理爪的灵长类动物似乎社会性不太复杂,更倾向于独居,这为这一观点提供了证据。
博斯说,大多数其他社会性哺乳动物通过舔舐进行梳理,但灵长类动物是四足脊椎动物中唯一依赖手脚完成许多其他类群用脸完成的任务的物种。当生活在地面上时,嗅觉和胡须至关重要。但生活在树上,在树枝间荡来荡去,气味痕迹就没那么有用,触觉可以更安全地委托给肢体。
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马伊奥利诺说,指甲可能部分是作为这种远端感觉系统的一部分而进化的。我们宽大的指尖提供了更大的表面积来感知触觉,而指甲在这里也有独特的好处。她解释说,人类指尖的机械感受器“被挤压在指甲的两侧,帮助我们确定触碰物体的方向(和)位置”——尽管这是可能的,但尚不清楚其他灵长类动物的手脚是否也存在同样的系统。她补充说,即使在今天,我们的脚趾甲也可能帮助我们平衡、重新分配力量,并通过脚来感知方向。
保护还是徒劳?
我们人类的生活方式在很多方面都与其他灵长类动物不同。我们生活在陆地上,直立行走,并且是奔跑型(即适应奔跑)。尽管我们不再攀爬,但我们可能保留了脚趾甲而不是重新获得爪子,是因为它们仍然提供了一些好处。
格蕾丝·托雷斯-霍奇斯(Grace Torres-Hodges)是佛罗里达州彭萨科拉的一位注册足病医生兼足部外科医生,她说,指甲由与我们皮肤相同的细胞组成,皮肤具有明确的保护作用。在她工作中,患者经常问她脚趾甲的用途。尽管她没有一个单一、确切的答案,但她认为它们有助于防止脚趾受到割伤、感染和其他损伤。托雷斯-霍奇斯说,我们的脚趾有大量的血管和神经结构,非常脆弱——更不用说那些小骨头了。
她补充说,作为附加好处,检查脚趾甲可以提供关于全身健康的线索。颜色、质地和形状的异常可能预示着慢性健康问题,如呼吸系统、甲状腺和肝脏疾病。
但也有可能,在这个物种发展轨迹的这个阶段,脚趾甲不过是我们爬树过去的纪念品。加州大学戴维斯分校的古生物学家特蕾西·汤姆森(Tracy Thomson)说,假设“一个不存在功能的结构存在功能,可能是一种谬误。” 他补充说,“有很多结构可能没有功能,或者在进化过程中已经失去了功能。”
博斯说:“人体的一切都在不断进化中,因为我们的运动方式非常新颖,而且以前从未真正尝试过。” 他补充说,作为“无尾、大头、双足”的我们,“在化石记录中,我们只是有点像第一个像我们这样的怪胎。所以,我们拭目以待吧。” 也许,长远来看,我们也会失去脚趾甲。
这篇文章是《Popular Science》“问我们什么”系列的一部分,我们在此解答你最离奇、最烧脑的问题,从普通的到异想天开的。 有什么一直想知道的吗?问我们吧。