Почему у людей пять пальцев на руке?

Тут не только в рациональности дело. В конце концов, четыре или шесть пальцев было бы с точки зрения эволюции примерно сопоставимо с пятью. Механизм формирования пятипалых конечностей большинства животны (не только человека - пять пальцев у подавляющего большинства крупных наземных животных) довольно замысловат. И впервые был предложен, как ни странно, не биологом, а математиком - знаменитым Аланом Тьюрингом.

Тьюринг ещё в 1952 году написал работу "Химические основы морфогенеза", где предложил математическую модель, названную им реакционно-диффузионным механизмом, в которой формирование сложных структур, в частности и пальцев на конечностях, описывается взаимодействием двух равзнонаправленных факторов (морфогенов). Из этих морфогенов один стимулирует процесс роста и процесс воспроизводства самого себя, другой - подавляет. Скорость распространения каждого фактора в тканях организма какая-то своя. ну и по модели Тьюринга (ещё раз: чисто математической) выходило, что в зависимости от параметров модели могут появляться разнообразные периодические структуры. Имено этой моделью описывается появление и полос у зебры, и пятен у леопарда.

Спусти почти три десятка лет, в 1979 году, Ньюман и Фриш из Университета шт. Нью-Йорк предположили, что именно этот механизм и отвечает за процесс формирования пальцев у животных. Однако на тот момент ещё не было известно, как именно этот механизм реализуется in vivo.

Это сумели установить, сравнительно недавно, исследователи из Барселонского Центра геномной регуляции (руководил группой Дж. Шарп). Они объясняли пятипалось экспрессией генов - процессом "раскодирования" наследственной информации, содержащейся в ДНК, и её переводом в структуру конкрентных белков.

Ход рассуждения их был примерно такой. Раз должны быть два (минимум), агента, взаимодействие которых и формирует периодические структуры, то должны быть зоны, в которых активен какой-то один из этих компонентов, и соответственно зоны, в которых активен другой. Подходящим кандидатом на эту роль оказался транскрипционный фактор (особый белок, переносящий информацию с ДНК на матричную РНК), обзначаемый как Sox9. Этот фактор уже на самых ранних стадиях развития эмбриона создаёт характерную структуру (паттерн) из пяти полос, из которых потом и формируются пальцы.

Но велль должен быть и другой фактор, который действует "в обратном направлении". И диологи действительно нашли двже два таких фатора - Bmp и Wnt. Bmp усиливает активность Sox9 в тех зонах, где потом возникнут пальцы, а Wnt - подавляет (ингибирует) в промежутках. Среди возможных моделей, просчитанных исследователями, одна наиболее близко соответствовала тому, что наблюдается в натуре. В этих моделях учитывались и другие факторы, которые действуют в клетках, прежде всего факторы роста клеток соединительной ткани (FGF - факторы роста фибробластов) и транскрипционного фактора Hoxd13. Первый участвует в образовании новой такни, почти любой, от кровеносных сосудов до ткани, образующейся при регенерации, второй регулирует процесс транскрипции при формировании конечностей. И вот FGF в основном накапливается как раз вблизи кончиков будущих пальцев, тем самым увеличивая расстояние между ними и заставляя их зачатки расходиться (через увеличение расстояния между зонами экспрессии факторов Sox9 и Wnt).

Но это всё не просто умозрительная модель. Были проделаны и прямые эксперименты. На мышах, разумеется. Как только в процессе развити эмбриона подавлялась активность какого-либо из этих факторов, изменялась и структура формирующихся конечностей. Скажем, отключение фактора Wnt подавляло формирование промежутков между пальцами. А если отключить ещё и фактор Bmp, то это приводило к уменьшения числа будущих пальцев.

Ну собсно это объясняет, почему вообще формируются пальцы. А почему х пять, а не четыре и не шесть, объясняется, надо полагать, конкретными параметрами вот этих белков. Ну так уж получилось, что равновесное угловое расстояние между формирующимися пальцами соответствует пяти. Если это расстояние меньше, то усиливается влияние фактора, подавляющего активность Sox9. Если оно больше, то, наборот, это подавление ослабевает. А когда пять - получается самый раз.