اشترك في النشرة العلمية Wonder Theory من CNN. استكشف الكون من خلال الأخبار حول الاكتشافات الرائعة والتقدم العلمي والمزيد.
تستخدم بعض أنواع طيور البحر، وهي أسماك محيطية غريبة تعيش في قاع البحر، أرجلًا مغطاة ببراعم التذوق لاستشعار الفريسة وحفرها على طول قاع البحر، وفقًا لبحث جديد.
قال مؤلفو دراستين جديدتين نُشرتا يوم الخميس في مجلة Current Biology إن طيور البحر ماهرة للغاية في اقتلاع الفرائس أثناء سيرها على طول قاع المحيط على أطرافها التي تشبه الأرجل الستة لدرجة أن الأسماك الأخرى تتبعها على أمل اصطياد بعض الفرائس التي تم اكتشافها حديثًا.
اكتشف ديفيد كينجسلي، المؤلف المشارك في الدراستين، السمكة لأول مرة في صيف عام 2016 بعد إلقاء ندوة في مختبر الأحياء البحرية في وودز هول، ماساتشوستس. كينجسلي هو أستاذ رودي جيه ودافني دونوهوي مونزر في قسم علم الأحياء التنموي في كلية الطب بجامعة ستانفورد.
قبل مغادرته لركوب الطائرة، توقف كينغسلي عند حوض أسماك عام صغير، حيث رأى طيور البحر وزعانفها الرقيقة، التي تشبه الأجنحة الريشية للطيور، بالإضافة إلى الزوائد التي تشبه الأرجل.
وقال كينجسلي في رسالة بالبريد الإلكتروني: “لقد أذهلتني طيور البحر المعروضة لأنها كانت لها أجسام سمكة وأجنحة طائر وأرجل متعددة مثل السلطعون”.
“لم يسبق لي أن رأيت سمكة تبدو وكأنها مصنوعة من أجزاء من أجسام أنواع عديدة ومختلفة من الحيوانات.”
قرر كينجسلي وزملاؤه دراسة طيور البحر في بيئة معملية، واكتشفوا مجموعة كبيرة من المفاجآت، بما في ذلك الاختلافات بين أنواع طيور البحر والجينات المسؤولة عن سماتها غير العادية، مثل الزعانف التي تشبه الأرجل والتي تطورت بحيث تعمل إلى حد كبير كأعضاء حسية.
وتظهر نتائج البحث الجديد الذي أجراه فريق الدراسة كيف يؤدي التطور إلى تكيفات معقدة في بيئات محددة، مثل قدرة طيور البحر على “تذوق” الفريسة باستخدام أطرافها سريعة الحركة والحساسة للغاية.
حيوان غير عادي للغاية
وقالت إيمي هربرت، المؤلفة المشاركة في الدراسة، وهي باحثة ما بعد الدكتوراه في مختبر كينغسلي في ستانفورد، إن الأطراف المميزة لطيور البحر هي في الواقع امتدادات لزعانفها الصدرية.
وقال هربرت في رسالة بالبريد الإلكتروني: “لقد استقرينا على مصطلح “الأرجل” بسبب وظيفة المشي المذهلة التي تتمتع بها هذه الزوائد. ومع ذلك، فهي لا تتمتع بنفس بنية “الأرجل” البشرية ولا تتخذ نفس الوضع”.
وقال هربرت إن أنواع الأسماك الأخرى لديها تعديلات على زعانفها الصدرية أو الحوضية تسمح لها بالمشي أو الوقوف، لكن طيور البحر يمكنها تحريك أرجلها بشكل فردي، مما يجعلها أكثر قدرة على المشي والحفر.
وقال المؤلف الرئيسي للدراسة كوري ألارد في بيان: “إن طيور البحر هي مثال على نوع يتمتع بسمة غير عادية للغاية وجديدة للغاية”. “أردنا استخدامها كنموذج لطرح السؤال، “كيف تصنع عضوًا جديدًا؟” ألارد هو زميل ما بعد الدكتوراه في قسم البيولوجيا الجزيئية والخلوية في جامعة هارفارد، حيث يعمل في مختبر المؤلف المشارك للدراسة نيك بيلونو، وهو أستاذ في هارفارد.
أعاد الباحثون بعض طيور البحر إلى مختبر بيلونو للدراسة ومعرفة ما إذا كانت قادرة على اكتشاف الفريسة المدفونة. ولاحظ الفريق أن الأسماك تتناوب بين فترات قصيرة من السباحة والمشي. كما شوهدت وهي تخدش السطح الرملي الذي يغطي قاع الخزانات دون أي إشارات بصرية تخبرها بمكان دفن الفريسة.
وقال بيلونو “لقد فوجئنا بأنهم كانوا جيدين للغاية في هذا الأمر، وكانوا قادرين حتى على اكتشاف مستخلص بلح البحر المطحون والمصفى، والأحماض الأمينية الفردية”.
ولمواصلة أبحاثهم، أرسل مؤلفو الدراسة المزيد من طيور البحر إلى المختبر – فقط ليكتشفوا أنها تمثل نوعًا مختلفًا تمامًا بخصائص مختلفة.
أسماك المشي المتميزة وراثيا
بدت مجموعتا العينات من طيور البحر متشابهتين، لكن الأسماك التي تم تسليمها حديثًا لم تحفر أو تعثر على فريسة مدفونة.
وقال بيلونو عبر البريد الإلكتروني: “هذه المرة، لم تجد طيور البحر الجديدة أي شيء، على الرغم من أنها تأكل الفريسة على السطح بسهولة. لقد اعتقدنا أننا ربما نفعل شيئًا خاطئًا، لكن تبين أننا حصلنا عن طريق الخطأ على نوع مختلف”.
وقد مكّن هذا الخلط الباحثين من التوصل إلى بعض الاكتشافات غير المتوقعة. فالأسماك شديدة الحساسية التي درسوها في البداية تنتمي إلى النوع المعروف باسم طائر البحر الشمالي، أو بريونوتس كارولينوس. أما الأسماك التي تفتقر إلى القدرات الحسية وتستخدم أرجلها في الأساس للمشي فهي طائر البحر المخطط، أو بريونوتس إيفولانز.
كان لدى طيور العندليب البحرية الحفارة أرجل على شكل مجرفة مغطاة بنتوءات تسمى الحليمات، والتي تشبه براعم التذوق على ألسنتنا. في حين أن طيور العندليب البحرية غير الحفارة كانت لها أرجل على شكل قضيب بدون أي حليمات.
وبينما كان العلماء يدرسون الأسماك على المستوى الجيني ويقارنون كيفية تطور أرجلها بمرور الوقت، أدركوا أن الأنواع التي تحفر لا توجد إلا في عدد قليل من المواقع، مثل المياه الضحلة الرملية في نيو إنجلاند والساحل الشرقي العلوي للمحيط الأطلسي، مما يشير إلى أن الأسماك طورت هذه السمة مؤخرًا فقط.
وقال ألارد: “نعتقد أن الأنواع الحفرية وغير الحفرية يفصل بينها نحو 10 (مليون) إلى 20 مليون سنة، وهو ما يعني أن الحليمات كان لابد أن تظهر في وقت ما بعد ذلك”.
وقال كينجسلي إنه في حين أن جميع أنواع طائر البحر لديها زوائد تشبه الأرجل، فإن بعضها فقط لديه أعضاء حسية مجهرية تسمح له بتذوق البيئة.
وكشفت أبحاث مؤلفي الدراسة أن طيور البحر التي تحفر تعتمد على جين تنظيمي يسمى tbx3a ليس فقط لتطوير تكيفات زعانفها المتخصصة ولكن أيضًا لتكوين الحليمات التي تجعلها تحفر. كما يلعب Tbx3 دورًا في نمو الأطراف لدى البشر والفئران والدجاج وأنواع أخرى من الأسماك، وفقًا لمؤلفي الدراسة.
وقال بيلونو: “هذه سمكة نمت لها أرجل باستخدام نفس الجينات التي تساهم في نمو أطرافنا ثم أعادت استخدام هذه الأرجل للعثور على الفرائس باستخدام نفس الجينات التي تستخدمها ألسنتنا لتذوق الطعام – وهو أمر بري للغاية”.
ولكن لماذا اكتسبت بعض طيور البحر هذه القدرة الحسية؟ طرح الباحثون فرضيتين.
“أحد هذه الأسباب هو أن استخدام الأرجل للكشف عن الفريسة المدفونة” يمنحها طريقة جديدة للبحث عن الطعام أكثر مما كانت عليه من قبل، كما قال هربرت. “السبب الآخر هو أن المشي بدلاً من السباحة في بعض البيئات قد يكون أكثر كفاءة في استخدام الطاقة بالنسبة لطيور البحر.”
قال جيسون رامزي، الأستاذ المساعد في قسم الأحياء في كلية رود آيلاند، إن أسماك الصعو تتميز عن غيرها من الأسماك التي تمشي لأن زعانفها الصدرية، والتي تسمى أيضًا أشعة الزعانف المتحركة، مفصلية للغاية، كما أن تشريحها الهيكلي والعضلي يُظهر تعديلات فريدة تمكن أسماك الصعو من المشي. لكن رامزي قال إن الأسماك لديها أيضًا تكيفات في نظامها العصبي مرتبطة بأرجلها، مما يشير إلى وظيفتها الحسية. ولم يشارك في الدراسات الجديدة.
وقال رامزي عبر البريد الإلكتروني: “السؤال الشائع هو هل تطورت أسماك الراي هذه بسبب ضغوط انتقائية (تكيفية) تدعم وظيفة المشي، أو وظيفة حسية، أو مزيج من الاثنين. تقدم هذه الدراسات الجديدة المزيد من الأدلة التي تشير إلى أنه من المرجح أن يكون السيناريو الأخير”.
ويبدأ آلارد في إنشاء مختبره الخاص في جامعة هارفارد، في حين يبدأ هربرت في إنشاء مختبر في جامعة شيكاغو. وقال الباحثان إنهما حريصان على الكشف عن الآليات الدقيقة وراء تطور الزوائد الحسية لطيور البحر.
لمزيد من أخبار ورسائل CNN الإخبارية، قم بإنشاء حساب على CNN.com