Proč mají končetiny savců pět prstů?

Nezávislá skupina vědkyň a vědců z českých i zahraničních výzkumných institucí odpovídá na vaše dotazy. Některé odpovědi pak sdílí i na sociálních sítích Facebook, Instagram, Threads, Bluesky a zde na Médiu.

Proč máme pět prstů, a ne více či méně? To je otázka, která napadá už malé děti v mateřské škole. Odpověď však není tak jednoznačná, jak by se na první pohled mohlo zdát.

Jako skoro vše v evoluční biologii, i toto téma zajímalo už Charlese Darwina. Ten byl fascinován končetinami obratlovců a mimo jiné si všiml podobnosti mezi rukou člověka, končetinou krtka či křídlem netopýra a předpokládal, že tyto končetiny obratlovců mají pravděpodobně svůj základ u společného předka [1].

Na základě poznatků současné evolučně vývojové (tzv. „evo-devo“) biologie víme, že kráčivé končetiny obratlovců postupně vznikly z rybích ploutví v průběhu evoluce [2]. Kdy se však objevily prsty na končetinách? Vznikly skutečně u prvních čtvernožců osídlujících souš, jak se běžně předpokládá?

Důležitým dílkem v této složité evoluční skládance je unikátní zkamenělina zachovalého jedince rodu Elpistostege nalezená v roce 2010 [3, video na konci kapitolky, odkaz v sekci Další čtení]. V končetinách této fosilie byly pomocí tomografie určeny prvky kostry podobající se prstům kráčivých končetin, ale současně zde můžeme nalézt i ploutevní paprsky (podpůrné kosti v ploutvích).

Tato fosilie tak může představovat důležitý evoluční mezičlánek poukazující na souvztažnost ploutevních paprsků a prstů kráčivých končetin (viz odkaz na článek v sekci Další čtení) a současně ukazuje, že se prsty začaly vyvíjet již u našich rybích předků, a ne u prvních čtvernožců, jak se dříve předpokládalo. Toto tvrzení lze také podpořit studií, která popsala částečnou podobnost „vývojového programu“ kosterních elementů končetin a rybích ploutví [4].

Jaký mechanismus je tedy zodpovědný za vývoj prstu? Základní rozvrh našich pětiprstých končetin je ovlivněn interakcemi několika genů a signálních drah, které ovlivňují rozestup a počet prstů na vyvíjející se končetině [5]. Mutace těchto genů často vede ke vzniku polydaktylie, tedy víceprsté končetiny [6]. Přestože se nezvětšuje velikost dlaně, tak si tyto víceprsté končetiny zachovávají pravidelné rozložení prstů, což je zajištěno mechanismem zpětných vazeb mezi jednotlivými geny [7].

Vrátíme-li se zpět k nalezeným zkamenělinám: prsty se tedy začaly vyvíjet u rybích předků, ale první čtvernožci, jako např. Acanthostega či Ichthyostega v období devonu před zhruba 365 miliony let, měli překvapivě končetiny víceprsté (Acanthostega měla osm a Ichthyostegasedm prstů) [8, 9].

V průběhu vývoje čtvernožců byl počet prstů postupně snižován a ustálen na pěti, a přestože některé skupiny současných čtvernožců mají prstů méně (např. kopytníci), tak se vždy jedná o snížení z pětiprstého rozvrhu [10].

Končetiny s pěti prsty se tedy ukázaly jako evolučně výhodné pro celou řadu skupin čtvernožců, včetně primátů, jejichž prsty s rozdílnými proporcemi jsou dokonale přizpůsobeny různým typům úchopu a jemné motorice.

Existují tedy nyní nějací víceprstí čtvernožci? Co například druhé palce pandy či krtka? U obou těchto savců se nejedná o porušení schématu pětiprstosti, ale pouze o kostěný element vznikající nezávisle na prstech [11, 12]. Nicméně výjimkou by snad mohla být drápatka, Xenopus tropicalis, u které se zdá, že její šestý prst může být zakrnělým prstem [13].

Výjimečně se může stát, že někteří jedinci mají prstů více, jako třeba některé kočky či psi nebo i lidé. U lidí toto proslavila literární postava Hannibala Lectera z knihy Mlčení jehňátek Thomase Harrise. Jde však o anatomickou anomálii, vyskytující se u malého zlomku populace.

Pro Zeptej se vědce odpovídal Jan

Mgr. Jan Štundl, Ph.D., California Institute of Technology, USA; Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích

Odbornou revizi poskytl doc. Robert Černý, katedra zoologie, Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy, Univerzita Karlova

Odpověď editovali Luděk Vašta, Mgr. Hien Rozsívalová, Ph.D., Honza Rautenkranc a Ing. Kristýna Kantnerová, Dr. sc. ETH Zürich

[1] http://darwin-online.org.uk/content/frameset?itemID=F373&viewtype=text&pageseq=1

[2] https://doi.org/10.1242/dev.1994.Supplement.169

[3] https://doi.org/10.1038/s41586-020-2100-8

[4] https://doi.org/10.1038/nature19322

[5] https://doi.org/10.1387/ijdb.180200mr

[6] https://doi.org/10.1002/dvdy.24037

[7] https://doi.org/10.1126/science.1226804

[8] https://doi.org/10.1046/j.1525-142X.2002.02026.x

[9] https://doi.org/10.1038/347066a0

[10] https://doi.org/10.1038/nature13496

[11] Gould, SJ. (1978). The Panda’s Peculiar Thumb. Natural History 87: 20–30

[12] https://doi.org/10.1098/rsbl.2011.0494

[13] https://doi.org/10.1186/s40851-015-0019-y

Projekt Zeptej se vědce propojuje vědeckou a nevědeckou veřejnost. Máte-li na vědce nějaký dotaz, zeptejte se nás na webu nebo sociálních sítích Facebook, Twitter, Instagram či Bluesky. Líbí se vám naše příspěvky? Budeme rádi, když podpoříte naši činnost: darujme.cz/projekt/1209422