Tại sao động vật có vú thường có 5 ngón tay?

Cấu trúc 5 ngón tay phổ biến ở động vật có vú có thể do tổ tiên chung, nhưng các chuyên gia vẫn chưa tìm ra lý do chính xác.

Bàn chân mèo, chó hoặc thậm chí kangaroo có một điểm chung với bàn tay người, đó là có 5 ngón. Tại sao điểm chung này lại hiện diện dù con người và những nhóm động vật trên tiến hóa trong điều kiện khác nhau?

Con người và nhiều loài động vật có vú có 5 ngón ở chi trước. (Ảnh: Sergey Ryumin).

Để trả lời câu hỏi tại sao lớp thú hay động vật có vú (Mammalia) thường có 5 ngón tay, trước tiên phải hiểu tại sao động vật có xương sống 4 chân (Tetrapoda) có 5 ngón tay. Động vật có vú thuộc Tetrapoda, siêu lớp bao gồm cả các loài bò sát, lưỡng cư và chim. Trong siêu lớp này, những thành viên không có các chi theo dạng truyền thống cũng có bộ xương với 5 ngón tay, dù chúng chỉ có 4 ngón chân hoặc ít hơn. Ví dụ, cá voi, hải cẩu, sư tử biển đều sở hữu 5 ngón ở chân chèo trước.

Một số "biến thể" như ngựa chỉ có một ngón chân và chim có một xương ngón tay hợp nhất ở đầu cuối cánh. Tuy nhiên, các nhà khoa học phát hiện rằng những sinh vật này ban đầu có 5 ngón tay khi là phôi thai, nhưng teo đi trước khi chúng chào đời.

Quá trình này chủ yếu do các gene Hox quyết định, theo Thomas Stewart, nhà sinh vật học tiến hóa tại bang Pennsylvania. Gene Hox mã hóa những protein giúp điều chỉnh hoạt động của các gene khác, "bật" hoặc "tắt" chúng. Các gene Hox đảm bảo rằng các bộ phận sẽ ở đúng vị trí trong cơ thể động vật khi phát triển từ phôi thai. Do đó, chúng tham gia vào việc quyết định kiểu xương của Tetrapoda.

Qua quá trình này, chồi ngón tay phát triển, tùy thuộc từng loài vật mà chồi có thể tiếp tục phát triển hoặc tái hấp thu. Sau đó, tế bào xung quanh vị trí sẽ xuất hiện các ngón tay sẽ chết, tạo ra những ngón tách biệt.

Chi trước của gấu mèo có 5 ngón. (Ảnh: Riverotterecology).

Giới chuyên gia chưa rõ chính xác cấu trúc 5 ngón tay xuất hiện lần đầu tiên khi nào. Stewart cho biết, nhóm động vật đầu tiên phát triển ngón tay đã tiến hóa từ cá khoảng 360 triệu năm trước và có tới 8 ngón tay. Tuy nhiên, sự tồn tại của cấu trúc 5 ngón tay ở hầu hết các loài Tetrapoda ngày nay cho thấy đây có thể là một "sự tương đồng" (homology) - một gene hoặc cấu trúc hiện diện ở nhiều sinh vật vì chúng có một tổ tiên chung. Có thể bằng cách nào đó, tổ tiên chung của tất cả các loài Tetrapoda còn sống đã tiến hóa để có 5 ngón tay và truyền lại đặc điểm này cho hậu duệ.

Tổ tiên chung giúp giải thích cách động vật có vú sở hữu 5 ngón tay, nhưng không giúp chỉ ra nguyên nhân. Một giả thuyết về nguyên nhân là sự "kênh hóa": Theo thời gian, một gene hoặc đặc điểm nào đó sẽ trở nên ổn định hơn và ít có khả năng đột biến. Stewart đưa ra ví dụ về đốt sống cổ: Động vật có vú thường sở hữu 7 đốt sống cổ dù con số đó dường như không mang lại lợi ích đặc biệt nào. Theo giả thuyết này, nếu một con số đã hiệu quả suốt hàng triệu năm thì không có lý do gì để thay đổi.

Tuy nhiên, không phải mọi nhà khoa học đều đồng ý với giả thuyết kênh hóa. Theo Kimberly Cooper, nhà di truyền học phát triển tiến hóa tại Đại học California, San Diego, dị tật thừa ngón (polydactyly) hay có nhiều hơn 5 ngón tay xảy ra như một dạng đột biến ở nhiều động vật có vú, bao gồm cả con người.

"Tại sao các loài vật thừa ngón không tồn tại?", Cooper đặt câu hỏi. Bà cho rằng nhiều khả năng sự thừa ngón là một bất lợi trong quá trình tiến hóa. Liên kết gene có thể là một nguyên nhân. Cụ thể, khi các gene tiến hóa qua hàng triệu năm, một số trở nên liên kết với nhau, nghĩa là việc thay đổi một gene (số lượng ngón tay) có thể dẫn đến những vấn đề sức khỏe nghiêm trọng khác. Nhưng đến nay, vẫn chưa ai đưa ra được bằng chứng chắc chắn cho điều này.

• Vì sao một quốc gia ven biển nhỏ bé ở phía đông bắc châu Phi lại được mệnh danh là “Tiền đồn Biển Đỏ”?
• Tạo ra nguồn điện khiến cá sấu còn phải chạy, tại sao lươn điện lại không bị điện giật?
• Vì sao đỉnh Everest lại có sức hút với nhiều người đến vậy?