المنطق التطوري وراء حركة مستعمرات الكائن البحري السالبا

دراسة أجريت في التخنيون وجامعة أوريغون تشرح لأول مرة المنطق التطوري في حركة مستعمرات السالبا - وهو مخلوق بحري صغير يسبح مسافات شاسعة كل ليلة

يشرح مقال في مجلة واجهة الجمعية الملكية لأول مرة المنطق التطوري وراء حركة مستعمرات السالبا - وهو مخلوق بحري صغير يسبح مسافات شاسعة كل ليلة. تم إجراء البحث في التخنيون وجامعة أوريغون في الولايات المتحدة الأمريكية.

سالبيدا هي فصيلة من الكائنات البحرية البدائية التي تعيش في جميع المحيطات وبعض البحار. على الرغم من أنه يشبه إلى حد ما قنديل البحر، إلا أنه في الواقع عبارة عن عوالق كبيرة (يبلغ طولها عدة سنتيمترات) تتغذى على كائنات العوالق الأصغر حجمًا. يمكن أن تنمو السالبا بسرعة مذهلة ويتضاعف طول جسمها خلال ساعة.

إحدى خصائص السالبا الفريدة هي مرحلتي حياتها: المرحلة الأولى، حيث تعيش السالبا بمفردها وتنتج ذرية متطابقة (وراثيًا) في التكاثر اللاجنسي؛ والمرحلة الثانية، التي تعيش فيها كجزء من "مستعمرة متسلسلة" من كائنات مثلها تحافظ على التكاثر الجنسي. يبلغ طول السالبا الواحدة بضعة سنتيمترات فقط، لكن المستعمرة بأكملها قد تضم مئات الوحدات ويصل طولها إلى 10 أمتار. وتغطي مجتمعات هذه المستعمرات أحيانًا مئات الكيلومترات المربعة.

تتواجد مستعمرات السالبا أثناء النهار على عمق مئات الأمتار، ولكنها تسبح كل ليلة نحو سطح البحر من أجل التغذية والتكاثر الجنسي. في هذه الرحلات الليلية للأعلى ثم العودة إلى الأعماق، تجوف المستعمرات مسافة مئات الأمتار بسرعة مذهلة - في كل ثانية تقطع مسافة أكبر بعشر مرات من طولها. وعلى سبيل المقارنة، فإن العداء يوسين بولت - في كل ثانية ينزلق مسافة أكبر بخمس مرات من طوله، وعلى عكسهم، يفعل ذلك لبضع ثوان فقط وليس لفترة طويلة.

تدفع السالبا نفسها باستخدام تيار من الماء يرسله للخلف. هناك حقيقة مثيرة للاهتمام وهي أنه عندما تسبح المستعمرة بأكملها معًا، لا يتم تنسيق إطلاق النفاثات؛ كل سالبا تطلق بمعدلها الخاص. وهذا الإيقاع يمليه "الدماغ" المحلي الموجود على ظهرها، والذي يتكون من خلايا عصبية حركية مسؤولة عن الحركة وخلايا عصبية إيقاعية، تعمل كنوع من أجهزة تنظيم ضربات القلب.

أثارت هذه الحركة غير المنسقة فضول الباحثين من التخنيون وجامعة أوريغون في الولايات المتحدة الأمريكية: أستاذ الأبحاث داني فايس من كلية هندسة الطيران والفضاء في التخنيون والأستاذ المشارك كيلي ساذرلاند من كلية الأحياء في جامعة أوريغون . وقام الاثنان ببناء نموذج نظري يشرح ديناميكيات حركة المستعمرة، واختبروه باستخدام لقطات فيديو لهذه المستعمرات. وهذه هي المرة الأولى التي يتم فيها فحص حركة السلف من الناحية الكمية.

وكان استنتاج الباحثين هو أن الأغاني النفاثة غير المنسقة تفرض سعرًا معينًا من حيث السرعة اللحظية ولكنها تحقق فائدة كبيرة في عدة جوانب:

• تقدم موحد وليس حركة متناوبة للقفز والتوقف؛
• الحد من التدخل المتبادل للطائرات.
• انخفاض كبير في قوة السحب - القوة المعاكسة لحركة الأجسام في السائل.

يوضح البروفيسور فايس: "في الواقع، اكتشفنا أن المحاذاة غير الصحيحة لإطلاق الطائرات تخلق ملفًا سلسًا للسرعة". "في حالة سالبا واحدة، يتسارع الكائن الحي نتيجة لإطلاق النار ثم يتباطأ حتى إطلاق النار التالي؛ ولكن في حركة المجموعة، حيث يتم إطلاق كل طائرة في وقت مختلف، يتم الحصول على حركة سلسة للمستعمرة بأكملها. إذا كانت المستعمرة تتحرك أثناء تنسيق توقيت إطلاق الطائرة النفاثة، فستكون حركة تسارع - تباطؤ - تسارع وهكذا، حركة تخلق مقاومة عالية من شأنها أن تؤخر حركة المستعمرة. ويمكن القول أن الديناميكيات غير المنسقة تسمح للمستعمرة بالجري لمسافات طويلة، وهذا هو المنطق التطوري الذي أدى إلى تطور نمط الحركة هذا".

يقول الأستاذ المشارك ساذرلاند: "ما فعلناه هو علم أساسي، لكن يمكنك أن تتعلم منه الكثير - على سبيل المثال، في ظروف معينة يكون من الأفضل لكل فرد في المجموعة أن يفعل ما يراه صحيحًا، أو ما يراه صحيحًا". تمت برمجته للقيام به، وليس أن يقوم الجميع بنفس الإجراء في نفس الوقت."

يقول البروفيسور فايس: "تؤكد الملاحظات في المستعمرة النموذج الهيدروديناميكي الذي توقعناه في المرحلة النظرية. وهذه هي المرة الأولى التي يتم فيها فحص السباحة غير المنسقة في دراسة كمية، وقد توفر النتائج مصدر إلهام لتطوير أنظمة الدفع النفاث في السفن تحت الماء."

للحصول على المقال كاملا