Das wird höchstens der Versuch einer Antwort, über die wichtigste Frage bin ich mir nämlich selbst nicht ganz klar und kann nur spekulieren.
ab und zu, hin und wieder und ab und an müssen Gegensätze sein, damit sie in Richtung "manchmal" funktionieren.
"Schauspieler geht ab" und "Fahr doch zu" (Also im Sinne von "vorwärts" und "rückwärts") sind Überbleibsel früherer Bedeutungen, also von Richtungen die gegensätzlich sind. Zu "hin und wieder" weiss der Grimm
verblaszter, von bewegungen die unregelmäszig bald da bald dorthin gehen
Und für "ab und an" liest man Ähnliches
Wie es kommt, dass man die Ausdrücke in einer sozusagen "zeitlichen" Bedeutung verwendet (Das Englische verwandte "now and then" funktioniert ja auch so) ist mir nicht ganz klar. Dadurch, dass wir im Deutschen verschiedene Richtungen verwenden, kommt möglicherweise eine gewisse "Zögerlichkeit" zum Ausdruck, die manchmal bedeuten soll.