Введение
Передняя конечность — один из парных суставных придатков, прикреплённых к краниальному (переднему) концу туловища позвоночного животного. У наземных четвероногих позвоночных вместо термина «передняя конечность» часто используется термин «передняя нога» или «передняя лапа». У двуногих животных с вертикальной позой (например, у человека и некоторых приматов) чаще используется термин «верхняя конечность». Важно не путать переднюю конечность с предплечьем, которое является дистальным отделом верхней конечности человека между локтевым и запястным суставами. Все передние конечности позвоночных гомологичны, то есть произошли от одних и тех же структур. Например, плавники черепахи или дельфина, рука человека, передняя нога лошади, крылья летучих мышей и птиц, несмотря на значительные различия, в конечном итоге являются гомологичными. Специфическое использование передних конечностей может быть аналогичным, если оно развилось из различных подструктур передней конечности, таких как плавники черепах и дельфинов, и крылья птиц и летучих мышей.
A forelimb or front limb is one of the paired articulated appendages (limbs) attached on the cranial (anterior) end of a terrestrial tetrapod vertebrate's torso. With reference to quadrupeds, the term foreleg or front leg is often used instead. In bipedal animals with an upright posture (e. g. humans and some primates), the term upper limb is often used. A forelimb is not to be confused with a forearm, which is a distal portion of the human upper limb between the elbow and the wrist. All vertebrate forelimbs are homologous, meaning that they all evolved from the same structures. For example, the flipper of a turtle or of a dolphin, the arm of a human, the foreleg of a horse, and the wings of both bats and birds are ultimately homologous, despite the large differences between them. Specific uses of the forelimbs may be analogous if they evolved from different sub structures of the forelimb, such as the flippers of turtles and dolphins, and the wings of birds and bats.
Форма
На развитие формы длинных костей передних конечностей может влиять ряд факторов, таких как масса тела, образ жизни, хищническое поведение или относительный размер добычи. Как правило, более крупные виды имеют более массивные лучевые, локтевые кости и плечевые кости. Мустелоидные хищники, ведущие древесный образ жизни, как правило, обладают длинными и стройными длинными костями передних конечностей, что обеспечивает улучшенную подвижность и гибкость. Полуземлеройные и водные мустелоиды обычно имеют короткие и массивные длинные кости передних конечностей, чтобы справляться с нагрузками при рытье и плавании. В отряде Хищные кошачьи (Felidae), которые обычно устраивают засады и борются со своей добычей, имеют более короткие и массивные конечности. Их передние конечности используются как для коротких рывков, так и для борьбы, что требует сочетания гибкости и прочности. В отличие от них, псовые (Canidae), которые часто преследуют свою добычу на больших расстояниях, имеют более длинные и стройные конечности. Бег – практически единственная функция их передних конечностей, поэтому им не требуется адаптация к чему-либо еще, и они могут быть менее гибкими. Хищники, охотящиеся на добычу, вес которой составляет половину их собственного веса или больше, развили более короткие и прочные лучевые, локтевые кости и плечевые кости, чтобы снизить вероятность перелома костей во время охоты. Хищники, охотящиеся на добычу, вес которой составляет менее половины их собственного веса, как правило, имеют более длинные и стройные длинные кости передних конечностей для повышения энергетической эффективности.
Полидактилия
Изначально считалось, что тетраподы первоначально развили пять пальцев как предковый признак, которые впоследствии редуцировались или специализировались для различных функций. Некоторые животные сохранили "примитивные" конечности, такие как пятипалые рептилии и приматы. В целом, это соответствовало действительности, однако у самых ранних тетрапод или предков "рыбоподобных четвероногих" могло быть более пяти пальцев. С этим утверждением особенно спорил Стивен Джей Гулд в своем эссе 1991 года "Восемь (или меньше) маленьких поросят". Полидактилия у ранних тетрапод должна пониматься как наличие более пяти пальцев на руке или ноге, состояние, которое было естественным для самых первых тетрапод. Ранние группы, такие как Акантостега, имели восемь пальцев, более продвинутая Ичтиостега – семь, а еще более продвинутая Тулерпетон – шесть пальцев на ноге. Тетраподы произошли от животных с плавниками, таких как лопастепёрые рыбы. Из этого состояния развился новый паттерн формирования конечностей, при котором ось развития конечности поворачивалась, чтобы от неё отходили вторичные оси вдоль нижнего края, что приводило к образованию переменного количества очень мощных скелетных опор для подобия ласт или плавников.
Цифровая специализация
Цифры могут быть специализированы для различных форм передвижения. Классическим примером является развитие у лошади одного пальца (монодактилия). Подобные специализации также могут наблюдаться. Чтобы выдержать свой огромный вес, зауроподы, особенно титанозавры, развили трубчатую пясть (переднюю ногу) и постепенно утратили пальцы, опираясь на пястные кости. Передняя конечность стегозавра демонстрирует признаки пястной конфигурации, сходной с таковой у зауроподов. Это была иная эволюционная стратегия, чем у мегафауны млекопитающих, например, современных слонов. Терапсиды начали эволюционировать разнообразные и специализированные передние конечности 270 миллионов лет назад, в пермский период.
Пронация и супинация
Способность к пронации мануса (кисти) и предплечья у терийских млекопитающих обеспечивается округлой головкой лучевой кости, которая позволяет ей вращаться относительно локтевой кости. Супинация требует дорсального скольжения дистального конца лучевой кости, а пронация – пальмарного скольжения относительно дистального конца локтевой кости. Пронация эволюционировала многократно у млекопитающих, хамелеонов и варанидов, хотя двуногое происхождение всех четвероногих динозавров могло бы обеспечить большее разнообразие в положении передних конечностей, чем обычно предполагается. У однопроходных предплечья менее ловкие, чем у терий. Однопроходные имеют расставленную позу и множество элементов в плечевом поясе, что является предковым признаком для млекопитающих. У птиц мышцы предплечья осуществляют супинацию, пронацию, сгибание и разгибание дистальной части крыла.
Крылья
Все передние конечности четвероногих гомологичны, произойдя из одних и тех же исходных структур у рыб с лопастными плавниками. Однако можно выделить и другой, отличный процесс – конвергентную эволюцию, в результате которой крылья птиц, летучих мышей и вымерших птерозавров приобрели схожее назначение, но развивались совершенно разными путями. Эти структуры обладают сходной формой или функцией, но отсутствовали у последнего общего предка этих групп. Крылья летучих мышей в основном состоят из тонкой кожной перепонки, поддерживаемой пятью пальцами, в то время как крылья птиц в основном состоят из перьев, поддерживаемых значительно редуцированными пальцами, при этом второй палец поддерживает алюлу, а четвертый – маховые перья крыла; между птицами и летучими мышами существуют лишь отдаленные гомологии, в то время как гомологии между любыми двумя видами птиц или любыми двумя видами летучих мышей гораздо более тесные.
Плеты
Морские млекопитающие эволюционировали несколько раз. В процессе эволюции у них развиваются обтекаемые гидродинамические тела. Передние конечности таким образом превращаются в ласты. Передние конечности китообразных, ластоногих и сирен представляют собой классический пример конвергентной эволюции. Наблюдается широкая конвергенция на уровне генов. Определенные замены в общих генах привели к различным водным адаптациям, большинство из которых являются примером параллельной эволюции, поскольку эти замены не уникальны для данных животных. При сравнении китообразных, ластоногих и сирен выявляется 133 параллельных аминокислотных замещения. При сравнении китообразных и ластоногих, китообразных и сирен, а также ластоногих и сирен, происходит соответственно 2351, 7684 и 2579 замещений.