为什么我们日常见到的大多数爬行或哺乳动物,普遍进化成了四条腿?

为什么我们日常见到的大多数爬行或哺乳动物,普遍进化成了四条腿?

蛋挞报

【问题描述】

希望专业人士海涵,尊重提问者,不要对问题进行「形式修改」不要改成“为什么四足类动物是四条腿?”这种“为什么包子做成包子样”的问题,这样容易误导其他人。

我提的问题是普适性的,是希望专业人士可以给非专业人士答疑释惑。知乎上部分回答者有一个很大误区,认为提问者越是用专业词汇,问题就越准确,而实际上,大部分提问人并不是问题专业领域的人士。我把问题设置成这样,是希望大部分人群能看懂问题,并让包括我在内的人们能够清晰找到自己需要的答案。有人指出不够严谨,现在做最后一遍修改,望大家不要按自己的理解随意修改问题。

问题是“为什么我们日常见到的大多数动物,普遍进化成了四条腿?”请注意“日常”“大多数”限定词,一个非专业领域人士,日常见到大多都是猫狗猪牛羊以及电视中的狮子老虎犀牛这类动物,我问题所问也就是这些。希望大家把精力放在答案上,再次感谢每个人贡献的答案,谢谢大家。

具体描述是这样的,比如 马 这种动物,为什么最后形成了4条腿,如果前后各加一条腿会不会跑的更有效率,或者后面四条腿,前面两条腿?
再比如说人,如果我们像桌椅一样有四条腿站立的会不会更稳固。
所以,为什么这些动物进化成了四肢而不是五六七八肢呢?



【by 兔小淘】编辑于 2018-12-19


大众关于进化有一个很大的误区,就是狭义自然选择论:现有物种or性状一定是自然选择之后留下的,自然选择留下的物种or性状一定是最有效率的。

这个论调完全照搬百年前的进化论,和中学教科书一致。

但是诸位,进化论在这百年间是不断发展的啊,不断有新的理论添加进来,进化论早就不是我们中学所学的那样了。

现在随着分子生物学的发展,进化论有了一个很重要的补充,叫做中性理论,说白了就是,我今天长啥样基本因为随缘。简单来说有这么几点。

首先,绝大部分突变都是中性的,不算好也不算坏,这些性状是否遗传下去看随机因素。比如你和你老婆都是黑虹膜,你生了个儿子是棕色的,你除了要怀疑隔壁老王(划掉),你还要想这有可能是个中性突变,对你儿子没什么影响,不好也不坏,如果你儿子也有后代,这个性状也就保留下来了,如果他不行没后代,棕虹膜的性状就消失了。他有没有后代,刚出生的时候谁也不知道,完全看随机因素。

接着,在随机因素的作用下,也有一些好的性状不是特别的好,会在遗传中丢失;一些性状不是特别的坏,也会被正常遗传下去。还是拿儿子举例,如果他是蓝色虹膜,在中国比较受欢迎,按理说好找媳妇,这个性状就容易被遗传下去,结果哪天他突然出车祸(随机因素作祟),嘎嘣一下没了,这个有点好的性状也就没了。反之,他有了个白内障一样的白色虹膜,一堆女的嫌弃,本来不容易找媳妇的。结果忽然哪天出了个动漫叫火影忍者,里面的白眼人气爆棚啊(随机因素作祟),结果他就找到媳妇,反而把这个有点不好的性状遗传下去了。看明白了吗?对于这些不特别好,不特别坏的性状,他们在选择中只稍微占优势或劣势,遗传不遗传下去随机因素比较重要。

最后,现在的中性理论和几十年前提出时已经有了长足的发展,和自然选择学说互补。只是极不好或者极好的性状更容易被自然选择淘汰或留下,其他那些不太好,不太坏和中性的性状,能否遗传下去随机因素占了更多的比重。

接下来我说的话需要有一定的逻辑理解能力,如果不想烧脑请直接看最后一段。

在弄明白随机因素在进化上很重要这个前提之后,我们再看很多知乎关于进化的提问,比如为什么我们直立行走?为什么我们左右对称?下面的回答往往给你分析一堆直立行走,左右对称的好处,然后告诉你因为这些好处,我们就直立行走/左右对称了。这套回答方法放到普通的因果问题里是可以的,但放在进化上就有了很严重的逻辑问题,因为进化和性状不成完全的因果。这就好比,你问我今天为啥吃鸡肉?我回答你鸡肉好吃,热量低,所以我今天吃鸡肉。看似这个回答没有问题,但其实我吃鸡肉的原因是我忽然特别想吃啊。所以好处≠原因。回到进化上,自然选择和性状这二者不能完全构成因果,因为性状也同样限制了物种的生态位和选择的方向(比如昆虫的六条腿更适合他们的体型,他们也很难靠现有生理结构往更大的体型方向上进化)。

那我们回到这个问题,为什么动物有4条腿?很多回答说了一堆稳定性,体重,重心之类的问题(许多回答在我看来逻辑阐述有很大问题),然后分析几条腿对昆虫特别好,几条腿对脊椎动物特别好,得出结论昆虫6条腿,脊椎动物4条腿是最好的。这个逻辑其实是有问题的,弄错了进化和性状的关系。进化和性状这更像是个鸡生蛋蛋生鸡的问题,并不是进化单方面影响性状,而是性状也限制了进化方向。


我是最后一段:

所以这个问题的真正答案很简单:在系统发育上来看,陆生脊椎动物的物种拥有共同祖先(是某种原始两栖类,在始蛙亚目发生之前),而这个共同祖先在生理上具有四肢,所以目前绝大部分陆生脊椎动物都具有四肢。

翻译过来就是:你妈是四条腿,你爸也是四条腿,你和很多脊椎动物的祖先都4条腿,所以你就四条腿了。你要问为啥你祖先也四条腿?这就是随机因素啊。肢体的演化涉及了久远的演化时间,肢体也不是一开始就是呈现出现在四肢的样子的,只是登陆的这一支物种祖先恰好有四条腿。肢体的数量在起源时没有受到强烈的选择压。我们的祖先很久以前就是左右对称,所以偶数的肢体成为必然。加上没有任何证据显示其他数量的偶数腿活的不好(看看隔壁昆虫纲),而且就算是我们脊椎动物,也出现了上肢特化,和四肢全退化也活的好好的例子。所以是随机因素导致了你祖先恰好四条腿,毕竟你把时间再往前推,都是单细胞的时候大家怎么知道自己以后多少条腿?


照例加一个PS来映射一下我的中心思想防止有些朋友没理解:

如果把地球的物种全部消灭,重新来一次进化,会怎样呢?结果就是,每个生态位会和现在完全一致,但是占据这个生态位的物种会和现在有很大不同。那时候海底族的知乎,可能就该问:为什么天上飞的龙族有4对翅膀?然后有很多人回答表示,4对翅膀的好处多多,所以天上飞的就该有4对翅膀。

这么看来,是不是觉得很多回答有些怪异了?


PPS(部分修改于18.12.19):

必须要加一句,答主讲了中性理论,是为了引出随机因素这个往往被忽视的概念。请注意我的措辞,可没说四腿性状适用中性理论,望某位不懂生物学知识还要@我单独开回答反驳的然而基本知识都不具备的杠精周知。

另外答主还是想多嘴一句:答主博士期间就从事进化生物学和分子生物学研究,科研相关方面经过了一定程度的训练和教育。我写的内容出自大学和研究生的进化生物学和群体遗传学这两门课,根据某些知友回复现在高中生物都会涉及了,并非我个人杜撰。如果你对我说的东西感兴趣并且还不是很了解,欢迎你顺手查阅一下资料,知网,NCBI,web of science甚至谷歌百度都可以,我会很期待友善的交流讨论,因为我希望大家能了解进化生物学这门学科。但如果你没有生物学基础,还不愿意获取这些知识,只是凭借想象张口就来,非科学的诽谤和否定我是不接受的。如果你真想颠覆它,需要你更加认真的获取知识。有句话说得好,科学本来就是在不断的质疑中前行的,但请不要把重点放在“质疑”。


大家看来想看一些补充答疑解惑,如果你还有诸如“为什么祖先会是四条腿而不是其他数量的腿?”“为什么我们没有奇数腿?”“生态位是什么?”“进化中是不是还会偶尔出现其他数量的肢体而被选择掉?”,请翻阅一下评论区,都有解答。



【by 萧十一狠】(提问者)

本人是提原始问题的那个,评论目的就是非常感谢。可能是我原问题没有问好,导致耍宝抬杠的人太多。这个答案解决了大龄问题儿童多年的疑惑。就是觉得答主能明白我问的逻辑并且提供了一个专业的回答让我感到特别惊喜,特此过来感谢下。



资料来源:知乎

https://www.zhihu.com/question/289747387/answer/467908148


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