แขนขาหน้า

แขนขาหน้าหรือขาคู่หน้าคือรยางค์คู่ที่เชื่อมต่อ กัน ( แขนขา ) ซึ่งติดอยู่กับส่วนหน้า ( ด้านหน้า ) ของลำตัวของสัตว์ มีกระดูกสันหลังสี่ขาที่อาศัยอยู่บนบก ในกรณีของสัตว์สี่ขา มักใช้ คำว่าขาหน้าหรือขาคู่หน้าแทน ในสัตว์สองขา ที่มีท่าทางยืน ตรง (เช่นมนุษย์ และ ไพรเมตบางชนิด ) มักใช้คำว่าแขนส่วนบน
แขนส่วนหน้า (forelimb) ไม่ควรสับสนกับปลายแขน (forearm ) ซึ่งเป็นส่วนปลายของแขนมนุษย์ระหว่างข้อศอกและข้อมือ
แขนขาหน้าของสัตว์มีกระดูกสันหลังทั้งหมดเป็นโฮโมล็อกัสหมายความว่าพวกมันวิวัฒนาการมาจากโครงสร้างเดียวกัน ตัวอย่างเช่นครีบของเต่าหรือโลมาแขนของมนุษย์ ขาหน้าของม้า และปีกของทั้งค้างคาวและนกล้วนเป็นโฮโมล็อกัสในที่สุด แม้ว่าจะมีความแตกต่างกันมากก็ตาม[ 1 ]
การใช้งานเฉพาะของแขนขาหน้าอาจคล้ายคลึงกันหากวิวัฒนาการมาจากโครงสร้างย่อยที่แตกต่างกันของแขนขาหน้า เช่น ครีบของเต่าและโลมา และปีกของนกและค้างคาว[ 2 ]
วิวัฒนาการของแขนขาหน้า
วิวัฒนาการของแขนส่วนหน้าสามารถอธิบายได้ด้วยแนวโน้มหลายประการ จำนวนนิ้วลักษณะเฉพาะของนิ้ว รวมถึงรูปร่างและการเรียงตัวของกระดูกเรเดียส กระดูกอัลนาและกระดูกฮิวเมอรัสล้วนมีผลกระทบอย่างมากต่อวิวัฒนาการ
การเปลี่ยนแปลงขนาดร่างกาย ท่าทางของเท้า ถิ่นที่อยู่ และพื้นผิว มักพบว่ามีอิทธิพลต่อกันและกัน (และเชื่อมโยงกับปัจจัยขับเคลื่อนที่มีศักยภาพในวงกว้าง เช่น การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ) [ 3 ]
รูปร่าง
ปัจจัยหลายประการสามารถส่งผลต่อวิวัฒนาการของรูปร่างกระดูกยาวของแขนขาหน้า เช่น มวลร่างกาย วิถีชีวิต พฤติกรรมการล่าเหยื่อ หรือขนาดเหยื่อที่สัมพันธ์กัน โดยทั่วไปแล้ว สัตว์ที่มีน้ำหนักมากจะมีกระดูกเรเดียส กระดูกอัลนา และกระดูกฮิวเมอรัสที่แข็งแรงกว่า[ 4 ]
สัตว์กินเนื้อในวงศ์ Mustelidaeที่มีวิถีชีวิตบนต้นไม้ มักจะมีกระดูกยาวของแขนขาหน้าที่ยาวและเรียว ซึ่งช่วยให้เคลื่อนไหวและมีความยืดหยุ่นได้ดีขึ้น สัตว์ในวงศ์ Mustelidae ที่อาศัยอยู่ใต้ดินและในน้ำ มักจะมีกระดูกยาวของแขนขาหน้าที่สั้นและแข็งแรง เพื่อรับมือกับแรงกดจากการขุดดินและว่ายน้ำ[ 5 ]
ในอันดับสัตว์ กินเนื้อ ( Carnivora) สัตว์ในวงศ์แมว (Felids ) ซึ่งมักจะซุ่มโจมตีและจับเหยื่อด้วยการต่อสู้ มีแขนขาที่สั้นและแข็งแรงกว่า แขนขาหน้าของพวกมันใช้สำหรับการวิ่งระยะสั้นและการต่อสู้ด้วยการต่อสู้ ซึ่งหมายความว่าพวกมันต้องมีความยืดหยุ่นและทนทาน ในทางตรงกันข้ามสัตว์ในวงศ์สุนัข (Canids ) ซึ่งมักจะไล่ล่าเหยื่อในระยะทางที่ไกลกว่า มีแขนขาที่ยาวและเรียวกว่า การวิ่งเป็นการใช้งานหลักของแขนขาหน้าของพวกมัน ดังนั้นพวกมันจึงต้องการการปรับตัวน้อยกว่า[ 6 ]
สัตว์นักล่าที่ล่าเหยื่อที่มีน้ำหนักตัวครึ่งหนึ่งหรือมากกว่านั้นจะมีกระดูกเรเดียส กระดูกอัลนา และกระดูกฮิวเมอรัสที่สั้นและแข็งแรงกว่า เพื่อลดโอกาสที่กระดูกจะหักหรือแตกขณะล่า สัตว์นักล่าที่ล่าเหยื่อที่มีน้ำหนักตัวน้อยกว่าครึ่งหนึ่งมักจะมีกระดูกยาวของแขนขาหน้าที่ยาวและเรียวกว่าเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการใช้พลังงาน[ 7 ]
นิ้วเกิน
เดิมทีเข้าใจกันว่า สัตว์สี่ขาพัฒนานิ้วห้านิ้วเป็นลักษณะบรรพบุรุษ จากนั้นจึงลดจำนวนหรือพัฒนาเฉพาะเพื่อใช้ประโยชน์หลายอย่าง สัตว์บางชนิดยังคงมีแขนขาหน้าแบบ 'ดั้งเดิม' เช่น สัตว์เลื้อยคลานและไพรเมตที่มีห้านิ้ว ( pentadactylous ) ซึ่งส่วนใหญ่ก็เป็นเช่นนั้น แต่บรรพบุรุษของสัตว์สี่ขาหรือ " fishapod " ยุคแรกอาจมีนิ้วมากกว่าห้านิ้ว เรื่องนี้ถูกท้าทายอย่างเห็นได้ชัดโดยStephen Jay Gouldในบทความปี 1991 ของเขาเรื่อง "Eight (Or Fewer) Little Piggies" [ 8 ]
ภาวะนิ้วเกินในสัตว์มีกระดูกสันหลังสี่ขาในยุคแรก ควรเข้าใจว่าหมายถึงการมีนิ้วหรือเท้ามากกว่าห้านิ้ว ซึ่งเป็นภาวะปกติตามธรรมชาติในสัตว์มีกระดูกสันหลังสี่ขากลุ่มแรกสุด กลุ่มแรกๆ เช่นAcanthostega มีแปดนิ้ว ในขณะที่ Ichthyostegaซึ่งพัฒนาขึ้นมามากกว่านั้น มีเจ็ดนิ้ว และ Tulerpeton ซึ่งพัฒนาขึ้นมามากกว่านั้นอีกมีหกนิ้ว
สัตว์มีกระดูกสันหลังสี่ขา (Tetrapods) วิวัฒนาการมาจากสัตว์ที่มีครีบ เช่นปลาที่มีครีบเป็นพวงจากลักษณะนี้ รูปแบบการสร้างแขนขาแบบใหม่จึงวิวัฒนาการขึ้น โดยแกนการพัฒนาของแขนขาจะหมุนเพื่อแตกแขนงออกเป็นแกนรองตามขอบด้านล่าง ทำให้เกิดโครงกระดูกที่แข็งแรงจำนวนมากรองรับเท้าที่มีลักษณะคล้ายใบพาย
ความเชี่ยวชาญด้านตัวเลข
นิ้วอาจมีความเชี่ยวชาญเฉพาะด้านสำหรับการเคลื่อนที่ในรูปแบบต่างๆ ตัวอย่างคลาสสิกคือการพัฒนาของม้าที่มีนิ้วเท้าเดียว (monodactyly) [ 3 ]กีบอื่นๆ เช่น กีบของ สัตว์กีบ ที่มีนิ้วเท้าคู่และนิ้วเท้าคี่และแม้แต่เท้าที่มีลักษณะคล้ายกีบของฮาโดรซอร์ที่สูญพันธุ์ไปแล้ว[ 9 ]อาจถือได้ว่าเป็นความเชี่ยวชาญเฉพาะด้านที่คล้ายกัน
เพื่อรองรับน้ำหนักมหาศาลซอโรพอด ซึ่ง ไททาโนซอรัสเป็นสายพันธุ์ที่พัฒนามากที่สุดได้พัฒนามือ (เท้าหน้า) ให้เป็นท่อ และค่อยๆ สูญเสียนิ้วไป โดยยืนบนกระดูกฝ่ามือ[ 10 ]แขนขาหน้าของสเตโกซอรัสมีหลักฐานแสดงให้เห็นถึงการจัดเรียงกระดูกฝ่ามือที่คล้ายกับซอโรพอด[ 11 ]นี่เป็นกลยุทธ์วิวัฒนาการที่แตกต่างจากสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมขนาดใหญ่ เช่น ช้างในปัจจุบัน
เทราปซิดเริ่มวิวัฒนาการแขนขาหน้าที่หลากหลายและเฉพาะทางเมื่อ 270 ล้านปีก่อน ในยุคเพอร์เมียน[ 12 ]
นิ้วหัวแม่มือที่สามารถงอได้
มนุษย์ยุคใหม่มีความเป็นเอกลักษณ์ในด้านกล้ามเนื้อบริเวณปลายแขนและมือ แม้ว่านิ้วหัวแม่มือที่สามารถงอได้หรือโครงสร้างที่คล้ายคลึงกันจะเกิดขึ้นในสัตว์บางชนิดแล้วก็ตาม
ในไดโนเสาร์ อาจมีการแยกตัวเป็นอิสระแบบดั้งเดิมของข้อต่อกระดูกฝ่ามือข้อ แรก (CMC) เกิดขึ้น ในไพรเมต การแยกตัวที่แท้จริงปรากฏขึ้นเมื่อประมาณ 70 ล้านปีก่อน ในขณะที่รูปร่างของข้อต่อ CMC นิ้วหัวแม่มือของมนุษย์ปรากฏขึ้นอย่างสมบูรณ์เมื่อประมาณ 5 ล้านปีก่อน
- ไพรเมตแบ่งออกเป็น 4 กลุ่ม: [ 13 ]
- นิ้วหัวแม่มือที่ไม่สามารถงอได้: ทาร์เซียและมาร์โมเซ็ต
- นิ้วหัวแม่มือที่งอได้คล้ายตัวงอ: พบในลิงวงศ์StrepsirrhinesและCebidae ทุกชนิด
- นิ้วหัวแม่มือที่สามารถงอได้: ลิงโลกเก่าและลิงใหญ่ ทุกชนิด
- สัตว์ที่มีนิ้วหัวแม่มือยาวเมื่อเทียบกับสัตว์ชนิดอื่น: ชะนี (หรือลิงชิมแปนซีขนาดเล็ก)
แพนด้ามีวิวัฒนาการนิ้วหัวแม่มือที่สามารถงอได้แบบเทียมโดยการขยายกระดูกเซซามอยด์ซึ่งไม่ใช่นิ้วที่แท้จริง[ 14 ]
การคว่ำและการหงาย
ความสามารถในการคว่ำมือและปลายแขนในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมกลุ่มเทอเรียนเกิดขึ้นได้จากส่วนหัวที่โค้งมนของกระดูกเรเดียส ซึ่งช่วยให้มันหมุนข้ามกระดูกอัลนาได้ การหงายมือต้องอาศัยการเลื่อนไปด้านหลังของกระดูกเรเดียสส่วนปลาย และการคว่ำมือต้องอาศัยการเลื่อนไปด้านฝ่ามือสัมพันธ์กับกระดูกอัลนาส่วนปลาย
การคว่ำข้อมือได้วิวัฒนาการหลายครั้งในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมกิ้งก่าและวารานิด [ 15 ] อย่างไรก็ตามสภาวะพื้นฐานที่สุดคือการไม่สามารถคว่ำ ข้อมือได้ ไดโนเสาร์ไม่สามารถคว่ำข้อมือได้มากกว่าครึ่งหนึ่ง[ 16 ]แม้ว่าต้นกำเนิดแบบสองขาของกลุ่มไดโนเสาร์สี่ขาทั้งหมดอาจทำให้เกิดความแตกต่างในท่าทางของแขนขาหน้ามากกว่าที่มักคิดกัน[ 15 ]โมโนทรีมมีแขนขาหน้าที่ไม่คล่องแคล่วเท่าเทอเรียน โมโนทรีมมีท่าทางกางขา และมีองค์ประกอบหลายอย่างในกระดูกเชิงกราน ซึ่งเป็นลักษณะดั้งเดิมของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม[ 17 ]
ในนก กล้ามเนื้อปลายแขนจะหมุนคว่ำ งอ และเหยียดปีกส่วนปลาย[ 18 ]
ปีก
แขนขาหน้าของสัตว์สี่ขาทั้งหมดเป็นโฮโมล็อกัส ซึ่งวิวัฒนาการมาจากโครงสร้างเริ่มต้นเดียวกันในปลาที่มีครีบเป็นพวงอย่างไรก็ตาม อาจระบุถึงกระบวนการที่แตกต่างอีกอย่างหนึ่งได้ นั่นคือวิวัฒนาการแบบลู่เข้าซึ่งปีกของนกค้างคาวและเทโรซอร์ ที่สูญพันธุ์ไปแล้ว ได้วิวัฒนาการเพื่อจุดประสงค์เดียวกันในรูปแบบที่แตกต่างกันอย่างมาก[ 2 ]โครงสร้างเหล่านี้มีรูปร่างหรือหน้าที่ที่คล้ายคลึงกัน แต่ไม่ได้มีอยู่ในบรรพบุรุษร่วมสุดท้ายของกลุ่มเหล่านั้น
ปีกของค้างคาวส่วนใหญ่ประกอบด้วยเยื่อบางๆ ของผิวหนังที่รองรับด้วยนิ้วทั้งห้า ในขณะที่ปีกของนกส่วนใหญ่ประกอบด้วยขนที่รองรับด้วยนิ้วที่ลดขนาดลงมาก โดยนิ้วที่ 2 รองรับขนปีกเล็กและนิ้วที่ 4 รองรับขนปีกหลัก มีความคล้ายคลึงกันเพียงเล็กน้อยระหว่างนกและค้างคาว โดยมีความคล้ายคลึงกันอย่างใกล้ชิดมากขึ้นระหว่างนกแต่ละชนิด หรือค้างคาวแต่ละชนิด
ฟลิปเปอร์
สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในทะเลมีการวิวัฒนาการหลายครั้ง ในระหว่างการวิวัฒนาการ พวกมันพัฒนาร่างกายที่เพรียวบางตามหลักพลศาสตร์ของน้ำ แขนขาหน้าจึงพัฒนาเป็นครีบแขนขาหน้าของวาฬ แมวน้ำ และพะยูน เป็นตัวอย่างคลาสสิกของวิวัฒนาการแบบลู่เข้า มีการลู่เข้าอย่างกว้างขวางในระดับยีน[ 19 ]การแทนที่ที่แตกต่างกันในยีนทั่วไปได้สร้างการปรับตัวทางน้ำต่างๆ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นวิวัฒนาการแบบขนานเนื่องจากการแทนที่ดังกล่าวไม่ได้มีเฉพาะในสัตว์เหล่านั้น[ 20 ]
เมื่อเปรียบเทียบวาฬกับแมวน้ำและพะยูน จะพบการแทนที่กรดอะมิโนแบบขนาน 133 ครั้ง เมื่อเปรียบเทียบและเปรียบต่างระหว่างวาฬกับแมวน้ำ วาฬกับพะยูน และแมวน้ำกับพะยูน จะพบการแทนที่ 2,351, 7,684 และ 2,579 ครั้ง ตามลำดับ[ 20 ]
ดูเพิ่มเติม
บรรณานุกรม
- เดอ เบียร์, กาวิน (1956). สัตววิทยาของสัตว์มีกระดูกสันหลัง: บทนำสู่กายวิภาคเปรียบเทียบ คัพภวิทยา และวิวัฒนาการของสัตว์มีกระดูกสันหลังซิดจ์วิก แอนด์ แจ็กสัน
ลิงก์ภายนอก
- วิวัฒนาการของการเคลื่อนที่ของกิ้งก่า: หรือวิธีการปรับตัวให้อาศัยอยู่บนต้นไม้ในฐานะสัตว์เลื้อยคลาน