Tại sao con người có 5 ngón tay và 5 ngón chân mỗi chi?

Con số 5 tưởng chừng hiển nhiên ấy là kết quả của một hành trình tiến hóa kéo dài hàng trăm triệu năm, bắt đầu từ những sinh vật bơi lội dưới đáy đại dương.

Dưới góc nhìn khoa học, con số này không phải là “thiết kế hoàn hảo” ngay từ đầu, mà là lựa chọn còn sót lại sau một quá trình sàng lọc khắc nghiệt của tự nhiên.

Để hiểu bàn tay mình, các nhà khoa học cho rằng chúng ta phải quay về thời điểm tổ tiên chung của loài người còn mang hình hài của một loài cá.

Khi tạo hóa “thử nghiệm” nhiều phiên bản

Khoảng 360 triệu năm trước, vào kỷ Devon, Trái Đất chứng kiến một bước ngoặt lớn. Những loài cá đầu tiên bắt đầu rời đại dương để tiến lên đất liền, mở ra kỷ nguyên của động vật bốn chân.

Các hóa thạch cho thấy, giai đoạn đầu, tự nhiên đã “thử nghiệm” rất nhiều cấu trúc chi khác nhau. Có sinh vật sở hữu 6, 7, thậm chí 8 ngón trên mỗi chi. Tuy nhiên, những phiên bản này dần biến mất.

Qua hàng triệu năm, chọn lọc tự nhiên giữ lại mô hình hiệu quả nhất cho việc nâng đỡ cơ thể, di chuyển và cầm nắm. Con số 5 trở thành chuẩn mực. Từ đó, cấu trúc bàn tay năm ngón được bảo tồn và lan truyền qua các thế hệ động vật có xương sống.

Tiến sĩ Tetsuya Nakamura, Phó giáo sư Đại học Rutgers, cho biết kế hoạch này được “khắc sâu” trong bộ gen Hox, nhóm gen đóng vai trò như kiến trúc sư trưởng của cơ thể. Chúng chỉ đạo các tế bào phôi thai phát triển thành tay, chân, đầu hay cột sống theo đúng vị trí.

Dấu vết đại dương trong cơ thể người

Một bằng chứng thuyết phục cho nguồn gốc này nằm ở sự tương đồng giữa các loài. Dù là cánh dơi, vây cá voi, móng ngựa hay bàn tay con người, tất cả đều chia sẻ chung một cấu trúc xương năm ngón cơ bản.

Khác biệt chỉ nằm ở cách chúng được “biến hóa” để thích nghi với môi trường.

Năm 2016, nhóm nghiên cứu của Tiến sĩ Nakamura tại Đại học Chicago đã làm sáng tỏ mối liên hệ này bằng công nghệ chỉnh sửa gen CRISPR trên cá ngựa vằn. Họ phát hiện, những tia vây của cá và ngón tay người thực chất được điều khiển bởi cùng một bộ gen Hox.

Nói cách khác, ngón tay của chúng ta không phải phát minh hoàn toàn mới, mà là phiên bản nâng cấp của tia vây cá. Khi tổ tiên lên cạn, những “bộ phận cũ” được tái cấu trúc để đảm nhiệm chức năng mới. Các nhà khoa học gọi đây là đổi mới tiến hóa, tận dụng cái sẵn có để tạo ra điều phù hợp hơn.

Không chỉ là bàn tay

Dấu vết của tổ tiên loài cá không chỉ thể hiện ở cấu trúc năm ngón tay. Đai vai của con người thực chất có nguồn gốc tiến hóa từ cung mang cá, bộ phận từng giữ vai trò hỗ trợ hô hấp. Đôi chân của chúng ta cũng bắt nguồn từ vây bụng của cá cổ đại.

Sự xuất hiện của chiếc cổ đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong tiến trình tiến hóa. Ở cá, phần đầu gắn liền với đai vai. Khi hộp sọ dần tách khỏi cấu trúc này, chiếc cổ hình thành, cho phép con người xoay đầu linh hoạt hơn, mở rộng khả năng quan sát và săn mồi.

Ngày nay, di sản di truyền cổ xưa ấy vẫn còn để lại dấu ấn. Một số trẻ em sinh ra với nhiều hơn năm ngón tay hoặc ngón chân, hiện tượng có liên quan đến gen Sonic hedgehog, yếu tố đóng vai trò như một “công tắc” quan trọng trong quá trình hình thành chi.

Vì thế, con số năm không phải là một quy luật tuyệt đối, mà là kết quả được giữ lại từ lịch sử tiến hóa kéo dài hàng trăm triệu năm.