سائل مجهول يتساءل: هل للنمل والصراصير دم؟ ولماذا هم صغيرون جدا؟ سؤالان أحدهما: الحشرات صغيرة الحجم لأنها لا تحتوي على دم.
وكما يعلم الجميع أن سوائل جسم الحشرة ليست حمراء، فالحشرات لا تحتوي على الهيموجلوبين وهي المادة التي تلون دمائنا (ودماء إخواننا في الجهاز الفقاري) باللون الأحمر. الهيموجلوبين هو جزيء يحتوي على الحديد وظيفته ربط الأكسجين في الرئتين وإطلاقه إلى الخلايا في جميع أجزاء الجسم. لا تحتوي الحشرات على جزيئات ربط الأكسجين ولا تحتوي على رئتين. من خلال الفتحات الموجودة في الغطاء الصلب لجسم الحشرة، تمتد أنابيب مجوفة تسمى القصبات الهوائية إلى داخل الجسم. يتخلل الأكسجين الجوي من خلال عملية سلبية - الانتشار في القصبات الهوائية ومن الهواء الموجود في القصبات الهوائية إلى خلايا الجسم.
يعد مرور الأكسجين في الانتشار عملية بطيئة جدًا تعتمد على الحركة العشوائية للجزيئات. ومن حاول تحلية فنجان القهوة بإضافة السكر ولكن دون تحريك - مع انتظار وصول جزيئات السكر إلى جميع أجزاء الكوب بحكم حركتها العشوائية، يعلم أن القهوة ستبرد قبل وقت طويل من الشعور بالطعم الحلو. لأن هذه هي الطريقة التي لا يمكن لأي خلية من خلايا الحشرة أن تعمل بها إذا كانت بعيدة جداً عن الأجواء الهوائية. فالحشرة التي تنمو إلى الأبعاد التي يفضلها منتجو أفلام الرعب سوف تختنق ببساطة. ولذلك فإن أي حيوان يزيد سمكه عن سنتيمترين يجب أن ينقل الأكسجين إلى الخلايا بشكل فعال. نقوم بذلك عن طريق ربط الأكسجين الذي نتنفسه في الرئتين بذرات الحديد الموجودة في الهيموجلوبين.
هناك السرطانات والعناكب وغيرها من اللافقاريات التي تمكنت من النمو إلى أبعاد مثيرة للإعجاب عن طريق ربط الأكسجين بذرة النحاس في جزيء يسمى الهيموسيانين. لون الحديد المؤكسد أحمر، أي أن دمائنا حمراء لنفس السبب الذي يجعل الخردة المعدنية وكوكب المريخ أحمر. النحاس المؤكسد لونه أخضر أو أزرق (كما يتضح من قطعة النحاس المشهورة عالميًا - تمثال الحرية في نيويورك). هناك العديد من القشريات الكبيرة ذات الدم الأزرق الرائع، لكن الحشرات تفضل الاستقرار على السائل الليمفاوي عديم اللون.
وصلت الحشرات إلى ذروة حجمها خلال فترة الفحم (منذ حوالي 300 مليون سنة) عندما وصل تركيز الأكسجين في الغلاف الجوي إلى 35% مقارنة بـ 21% اليوم. لقد تركت لنا تلك الأيام المجيدة حشرات متحجرة يصل طول أجنحتها إلى 70 سم، ويحوم فوق البرك يعسوبات بحجم الغربان. وانخفض تركيز الأكسجين منذ ذلك الحين ووصل إلى 15% منذ حوالي 150 مليون سنة، ومعها تقلصت الحشرات. ولم يصاحب الزيادة في تركيز الأكسجين منذ ذلك الحين زيادة في حجم الحشرات، ويفسر باحثو التطور ذلك بظهور الحيوانات المفترسة الطائرة (الطيور تليها الخفافيش) التي تسببت في الانتقاء الطبيعي لصالح الحشرات الصغيرة والرشيقة.
كيف لم يطور مليون نوع وأكثر من الحشرات على مدى عشرات الملايين من السنين من التطور آلية نشطة لنقل الأكسجين تسمح لها بالنمو؟ وتزداد الحيرة أكثر عندما تفكر في أن الأقارب البعيدين للحشرات، مثل السرطانات والعناكب، لا يستخدمون الهيموسيانين لنقل الأكسجين فحسب، بل هناك حشرة واحدة على الأقل تحتوي على الهيموسيانين في سوائل جسمها. تنتمي هذه الحشرة على وجه التحديد إلى مجموعة الحشرات الأكثر بدائية - Plecoptera. "اختارت" الحشرات أثناء التطور التخلي عن التوصيل النشط للأكسجين ودفع ثمنه بالتقزم. اتضح أن الحشرات ليست فقط غير قادرة على النمو، ولكن أيضًا ليس من المفيد لها أن تنمو بشكل خاص.
لا يوجد مكان للنمو
السبب الأول لتفضيل الأبعاد المدمجة للزواحف هو أنه ليس لديهم مكان ينموون فيه. على عكسنا، الذين لديهم عظام داخلية تنمو ببساطة في الفضاء المحيط بنا، ترتدي الحشرات هيكلًا خارجيًا (وهو الهيكل الذي يصدر صوت الطقطقة المميز عند الدوس على الصرصور). يتمتع الهيكل الخارجي بمزايا ميكانيكية مهمة - فهو الطريقة الأكثر فعالية لاستخراج القوة من كتلة معينة من المواد الصلبة. لكي نحصل، باستخدام عظم داخلي، على نفس القوة التي ينتجها الحيوان من القشرة الخارجية والتي تبلغ حوالي عُشر قطر الساق، سنحتاج إلى عظم يشغل حوالي 90٪ من القطر بحيث يكون هناك ولم يتبق مجال كبير للعضلات، والأرجل التي يغلفها هيكلها العظمي من الخارج (الحشرات والسرطانات والعناكب وأصدقائها)، ونحو 130,000 ألف نوع آخر من الرخويات التي، كما يشير الزيت، ليس لها عظام أيضًا. فقط حوالي 60,000 نوع من الفقاريات (الأسماك والبرمائيات والزواحف والطيور والثدييات) لديها هيكل عظمي داخلي. للهيكل الخارجي أيضًا قيود، لكي ينمو الحيوان، يجب عليه التخلص من الهيكل العظمي الصغير ثم بناء هيكل عظمي أوسع في مكانه. وفي الفترة الانتقالية، بين تساقط الهيكل العظمي القديم وتصلب الهيكل العظمي الجديد، يجب على العضلات وحدها أن تتحمل وزن الجسم، وهذا الحمل يصبح أثقل مع نمو الحشرة. في اللافقاريات التي تعيش في الماء، لا تشكل الجاذبية مشكلة، وفي الواقع تنمو السرطانات والكركند والمفصليات البحرية الأخرى أحيانًا إلى أحجام مثيرة للإعجاب.
ليس هناك وقت للنمو
قاعدة المواجهة (حكم كوب) ينص على أن أبعاد جسم الحيوانات تميل إلى النمو بمرور الوقت: الفيلة، والخيول، والحيتان، ونحن أيضًا أكبر من أسلافنا. التفسير بسيط: فالأفراد الكبار يتعاملون بشكل أفضل مع الحيوانات المفترسة والمنافسين، وبالتالي ينتجون المزيد من النسل. حتى مع الحشرات البالغة الكبيرة، فهي أكثر نجاحًا، لكن قاعدة كوب لا تعمل: تظل أبعاد الجسم ثابتة عبر الأجيال. إن حل التناقض يكمن في استخدام مرآة في دورة الحياة. وجدت الحشرات حلاً مبتكرًا للوفاء بالمهمتين اللتين يجب على كل كائن حي القيام بهما، وهما تناول الطعام والتكاثر. على عكس الفقاريات التي يتعين على أجسامها التعامل مع كلتا المهمتين في نفس الوقت، فإن الحشرات لديها مرحلة حياة تتكيف بشكل خاص مع الأكل والنمو ومرحلة أخرى تتكيف فيها أجسامها على النحو الأمثل مع التكاثر. مرحلة الأكل هي مرحلة اليرقات - أي شخص قام بتربية "ديدان القز" (وهي بالطبع ليست ديدان ولكنها يرقات) في صندوق أحذية يعرف أن اليرقات عبارة عن آلات أكل ولا تفعل سوى القليل باستثناء القضم. عندما تأكل الحشرة ما يكفي، فإنها تغير شكل جسمها (عادة في مرحلة غير نشطة تكون العذراء) إلى الشكل البالغ الذي يتعامل مع التكاثر - العثور على شريك ووضع البيض. يتمتع الفرد البالغ الكبير بميزة على منافسيه الأصغر حجمًا، لكن اليرقة الكبيرة ليس لها أي ميزة. تحتاج الحشرة الكبيرة إلى تناول المزيد من الطعام، مما يعني تمديد مدة مرحلة اليرقات (التي تكون فيها أكثر عرضة للافتراس) وتمديد الوقت حتى النضج الجنسي، مما يعني الحصول على دورات ذرية أقل.
يحظر جلب الوزن الزائد على متن الطائرة
معظم الحشرات في مرحلة ما من حياتها تطير، لكي يطير جسم ما، يجب أن تؤثر عليه قوة رفع لموازنة قوة الجاذبية التي تسحبنا جميعاً نحو مركز الأرض. ترتبط قوة الرفع بالسرعة ويكون الحد الأدنى للسرعة للطيران المستقر (سرعة المماطلة) مرتبطًا بالحجم. يجب على الأجسام الكبيرة أن تتحرك بشكل أسرع لتجنب السقوط. تتمكن الحشرات من الطيران ببطء، دون بذل الكثير من الطاقة لأنها خفيفة الوزن. وحتى بين الفقاريات، تميل الطيور الطائرة إلى أن تكون صغيرة الحجم: فالخفافيش خفيفة وأصغر من معظم الثدييات، والطيور الطائرة أصغر من تلك التي فقدت القدرة على الطيران (مثل النعامة).
الحشرات هي أكثر الحيوانات شيوعًا حولنا، ومع ذلك فهي تمثل عالمًا مختلفًا: فرع تطوري اختار حلولًا معاكسة لحلولنا لتحديات الوجود. منذ أن جاء الجندب الوحشي في نبوءة يوئيل، والذي "كانت أسنانه أسنان الأسد وجاءت به اليرقات" حتى أفلام رعب تعد الحشرات والعناكب التي تغزو عالمنا الأبعاد وسيلة قوية لغرس الخوف والخوفمشمئز. ولحسن الحظ، فإن نفس علم الأحياء يضمن بقاء مثل هذه المخلوقات في عالم الخيال.
هل خطر في ذهنك سؤال مثير للاهتمام أو مثير للاهتمام أو غريب أو وهمي أو مضحك؟ أرسلت إلى ysorek@gmail.com
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
تعليقات 10
أول شيء، قبل أن نبدأ، Plecoptera تسمى بالعبرية Gadotaim وليس الجناح المضفر. وإلى حد ما، يعرض المقال عدة ادعاءات متناقضة، فمن ناحية انخفض حجم الحشرات مع انخفاض نسبة الأكسجين، ومن ناحية أخرى يفسرون ذلك بالضغط التطوري وليس بالاعتماد على نسبة الأكسجين. ليس من الواضح إلى أين يقود المقال وما هي الاستنتاجات؟
مقالة جميلة جدا و ثرية
كلما كان ذلك أفضل
أعجبني تصحيح دودة القز إلى دودة القز
مقالة جميلة جدا و ثرية
كلما كان ذلك أفضل
بغض النظر، فإن الحشرات تؤثر علينا بالتأكيد، خذ سيدة النحل على سبيل المثال. وإلى جانب قلة العسل، فإن ذلك يتطلب أيضاً من المزارعين تسميد النباتات صناعياً، في ظل عدم وجود النحل الذي يقوم بالعمل بشكل طبيعي.
تتناول المقالة الحشرات والموضوع مثير للاهتمام بالفعل ولكنه معروف جيدًا. لكن أن نسمي يرقات غزل الحرير بدودة القز؟! وهذا خطأ لا يغتفر في نظر عالم الحيوان الخاص بي! المسافة الجينية بين الديدان والحشرات هائلة.
اترك الحشرات وشأنها، فهي لا تؤثر على حياتك. الآن اخرج واحتج على المنافقين والخنازير.
هناك بالفعل حشرات كبيرة تعمل على تهوية القصبة الهوائية (أنابيب الهواء) بشكل فعال وبالتالي تحسين تبادل الغازات. ولكن من جدار القصبة الهوائية إلى الخلية يجب أن يتدفق الأكسجين. ولهذا لا يمكن أن تكون هناك عضلة في جسم الحشرة بعيدة عن أنبوب الهواء، فعضلات أرجلنا مثلاً تعمل على امتصاص الأكسجين على مسافة متر ونصف منها.
حقا رائعة ومدهشة.
عندما دخلت المقال اعتقدت أنني أعرف الإجابة ودخلت فقط لمعرفة ما إذا كان هناك أي شيء آخر لأقوله.
كنت أعلم أن حد الحشرات هو الأكسجين، هذا ما أتذكره من المدرسة، لكنني لم أكن أعلم أن حجم الحشرات اليوم يتوافق مع حد 15 بالمائة من الأكسجين، وفي الواقع مستوى الأكسجين اليوم يسمح بالكثير حجم أكبر. حتى لو كان أصغر من الحجم الأقصى السابق.
هذه بالفعل مقالة مثيرة للاهتمام تشرح أقزام الحشرات بحقيقة أنها لا تتنفس ولا تحتوي على مادة ربط الأكسجين. لكن! وهناك ولكن! يوجد أسفل هذا المقال رابط لمقالة أخرى تدعي أن الحشرات تتنفس! "تمكن الباحثون، باستخدام الأشعة السينية، من تشخيص بنية تشبه الرئة في أجسام الحشرات. لقد تبين أن هذه الكائنات تقوم بالزفير والاستنشاق بشكل نشط، مثلنا تمامًا. وبذلك أنهى جدلاً بدأ في زمن أرسطو". فماذا يجب أن يفهم القارئ الحائر؟
مقالة عظيمة، شكرا