【生物演化】再穩一點:大象的「第六根腳趾」

■大象有假的第六根腳趾,能幫忙支撐身體的重量。

圖片來源:Anup Shah │Getty Images

編譯│汪芃

大象腿粗硬的皮膚下藏著一個不為人知的解剖學祕密。三百年前,有一位外科醫生宣稱大象其實有六根腳指頭,而不是世人以為的五根,這個說法激起了科學家的辯論:大象真可能長了一隻多的腳趾嗎?現代的解剖學家對這個想法嗤之以鼻,他們堅稱那所謂多的腳趾,其實不過是一大塊突出來的軟骨罷了。然而最近有一份研究觀察了幾十隻象腿,指出這團軟骨的確正在慢慢變成真正的骨頭。這塊軟骨目前還不能算是真正的腳趾,就跟熊貓的假拇指一樣,不過講到支撐大象雄偉的大肚腩,這根「腳趾」確實有功。

未參與本研究的加拿大貴湖大學(University of Guelph)脊椎動物型態學家馬修.維克瑞鄂斯(Matthew Vickaryous)表示,大象的「腳部構造非常獨特,絕對是一項很關鍵的演化突破。象腳結構複雜,要摸透很不容易。」

想一窺生物演化過程的創造力,大熊貓(giant panda,即一般所稱的『熊貓』)多出來的拇指就是個著名的例子。大貓熊真正的拇指長得跟其他指頭一樣,而腳掌便由五根外型相似的爪子構成,但除此之外,大熊貓還另外長有一隻跟這些爪子位置相對的「指頭」,就在腳掌內側,讓牠們能靈活地抓住竹子。而這隻所謂的拇指,其實不過是一塊種子骨(sesamoid)。動物身上毗鄰關節的肌腱和韌帶中常會形成這種骨骼,例如我們的膝蓋骨其實就是種子骨,然而大熊貓這塊長在真拇指外面的種子骨卻長得很大,扮演起指頭的角色,成為大熊貓進食的得力助手。

英國倫敦大學皇家獸醫學院(Royal Veterinary College, University of London)的演化生物力學家約翰.賀欽森(John Hutchinson)便對這個現象很感興趣,他想知道大象的第六根指頭是否也是類似情形。賀欽森是研究大象移動行為的專家,多年來蒐集許多動物園死去大象的腿,多是連皮帶肉的完整標本,這些大象的年紀從初生的幼象到五十幾歲不等。過去數年間,賀欽森利用電腦斷層掃描技術,以X光層層掃瞄這些象腿的組織,取得3D立體圖,並進行一系列相關研究來了解象腿如何活動。他發現,隨著大象年齡增長,這塊軟骨假腳趾的組織會變得越來越緊密,跟真正的骨頭一樣。賀欽森說,這塊軟骨最大可長到十五公分長、六公分寬,而且看起來似乎確實具備指頭的功能。這根假腳趾長的位置和大熊貓的假拇指一樣,只不過嵌在象腳柔軟的「脂肪墊」(fat pad)裡。

大象真正的腳趾從外面看不到,但牠們腳趾的方向其實算是垂直往下的,因此大象走路時其實踮著腳,腳踝和腳跟都是離地的。所以乍看之下,多出來的那根腳趾似乎離地面有一段距離,根本無法承重,起不了什麼作用,但哈欽森和研究團隊把幾隻象腿放在一個特殊的機械設備中,模擬象腿支撐大象體重的情形,並進行更詳細的電腦斷層掃瞄,他們發現,其實這隻假腳趾確實能分擔大象的體重。這份研究成果已於日前發表在《科學》(Science)雜誌中。未參與此研究的布朗大學(Brown University)功能型態學家依麗莎白.布瑞諾德(Elizabeth Brainerd)說:「這隻多出來的腳趾在行走時的確會往下移動,會接觸到地面。」

為了追溯這隻假腳趾的演化過程,哈欽森和研究同仁對一些貘科動物的腿部構造進行電腦斷層掃瞄,因為在遠古時期,大象還沒演化成今天的模樣時,和貘科動物曾隸屬於同一個大家族;此外研究人員也掃描了一些年代較晚近的大象化石。他們發現五千萬年前的大象化石並沒有這根多出來的腳趾,當時的大象走路時腳應該是貼著地面的,並沒有讓第六根腳趾容身的地方。這些貘和大象的老祖宗很可能絕大多數時間都在水中活動。但到了四千萬年前,年代較晚的大象化石就明顯長有第六根腳趾了;這個時期的大象體型已演化得越來越大,也逐漸發展成陸生動物,為了支撐體重,腿部構造也隨而改變,裡頭的脂肪墊變得越來越大。

雖然有時動物確實會因為基因異常而長出多餘的手指或腳趾,例如在某些品種的貓身上就很常見,這種病稱為「多趾症」(polydactyly),但是哈欽森認為,大象利用這塊軟骨來協助支撐身體重量,比起演化出另一根真正的腳趾要容易多了,因為如果要演化出第六根腳趾,象腳演化的複雜程序或許得全部重新來過。

維克瑞鄂斯也指出,種子骨對大象來說正好用,「龐然大物特別需要創新的進化方式,才能應付自己驟然變大的體型。」這個研究團隊目前已著手研究蜥腳類恐龍(sauropod dinosaurs)等大型動物,看看龐然大獸是不是都有類似的創新演化。

在許多科學家的眼裡,解剖學已經是一門過時的學科,但瑞士蘇黎世大學(University of Zurich)的進化型態學家馬瑟羅桑切斯(Marcelo Sánchez)則駁斥這個看法。「即便在大象這種看似熟悉的動物身上,也可以發現振奮人心的研究目標,替生物進化史的研究點燃一盞明燈。」

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 研究出處:Elephants Have a Sixth 'Toe'(Science)
 延伸閱讀:【動物行為】別相信一頭不到六十歲的大象

責任編輯:Nita Hsu


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