لماذا طورت الحيوانات أربعة أنواع من الهياكل العظمية؟

تُظهر صورة بالأشعة السينية لفرس البحر ذي البطون الوعاء هيكلها الخارجي، وهو أمر نادر بين الأسماك. الصورة: EDWARD CHARLES LE GRICE, LE GRICE

لماذا طورت الحيوانات أربعة أنواع من الهياكل العظمية؟

من خنفساء هرقل التي تمتلك درعًا طبيعيًا قويًا إلى جسم شقائق النعمان البحري الناعم المليء بالسوائل، تزخر الطبيعة بمجموعة متنوعة من الهياكل العظمية.

16 ديسمبر 2021

تشتهر الأسماك الطائرة بألعابها البهلوانية المذهلة، حيث تندفع عبر سطح المحيط وتبحر في الهواء بطول يصل إلى 3000 قدم. يقول "ستيف هوسكي"، عالم الأحياء في جامعة كنتاكي الغربية:" إنهم في الأساس عبارة عن فشار بحري يترصده المفترسات". لكن مفتاح رحلتهم هو العمود الفقري القوي ومنطقة الذيل، إذ تُثبت العضلات القوية التي تحرك ذيولها ذهابًا وإيابًا، كما تحافظ العظام على بقاء زعانف الأسماك الطائرة ممتدة، ما يسمح لها بالعمل مثل أجنحة الطيور.

وتعد الأسماك الطائرة، مجرد مثال واحد مثير للإعجاب للأنواع ذات الهيكل العظمي، الذي يتكون عادة من العظام ويوجد في الفقاريات، بما في ذلك الثدييات والطيور والزواحف والبرمائيات والأسماك. هذه الهياكل تخزن المعادن المهمة، مثل الكالسيوم لتقديم الدعم للجسم وحماية الأعضاء الداخلية وتمكين الحركة من خلال عضلات الهيكل العظمي التي تتصل بالعظام عبر الأوتار. كما توفر المفاصل، وهو المكان الذي تتصل فيه عظمتان، المرونة لهيكل عظمي صلب، ما يُجعل الرئيسيات تتأرجح بسهولة عبر الأشجار.

على الرغم من أن الهياكل العظمية هي الأكثر شهرة، إلا أن مملكة الحيوان تتميز بثلاثة أنواع أخرى من الهياكل العظمية، هي الهياكل الخارجية، والهياكل الداخلية الغضروفية، والهياكل العظمية المائية.

تنوع العظام

تطورت الهياكل الداخلية لتناسب أسلوب حياة أصحابها. على سبيل المثال عظام الطيور، مليئة بالجيوب الهوائية، والتي لا تخفف حملها فحسب، بل تساعدها على سحب المزيد من الأوكسجين أثناء الطيران. أما أصداف السلاحف، فالصفائح العظمية التي تلتحم مع أكتافها والعمود الفقري، هي في الواقع أضلاع معدلة بفعل التطور. إذ تساعد قوقعة السلحفاة بطيئة الحركة في حمايتها من الحيوانات المفترسة، لكن الأبحاث الحديثة تشير إلى أنها تطورت في الأصل كقاعدة مستقرة تسمح للسلاحف القديمة بالحفر والهروب من الحرارة.

بعض الفقاريات، وخاصة الذكور، لها سمات إضافية في جماجمها. على سبيل المثال عائلة الغزلان لديها قرون وامتدادات عظمية لجماجمهم لإظهار الهيمنة وجذب الأصدقاء. وبينما يتم التخلص من القرون وإعادة نموها كل عام، فإنها محاطة بمادة طبيعية صلبة تسمى الكيراتين ولا تُسحق أبدًا، باستثناء القرون الشوكية. كما تمتلك بعض الإناث أيضًا قرونًا، وعادة ما تكون أصغر من قرون الذكور.

درع مدمج

تعد الهياكل العظمية الخارجية، هي الأغلفة الصلبة التي تحمي المفصليات، مثل الحشرات والقشريات والعناكب. يقول "هوسكي":" إن هذا الدرع الطبيعي هو دفاع فعال للغاية ضد الحيوانات المفترسة، والتي لا يستطيع الكثير منها عض الهيكل الخارجي". على سبيل المثال تمتلك خنافس هرقل في أميركا اللاتينية ومنطقة البحر الكاريبي هياكل خارجية قوية بشكل خاص. ينمو للذكور قرنين طويلين يُستخدمان في القتال من أجل الوصول إلى الإناث التي تفضل الذكور أصحاب القرون الطويلة، إذ تعد مؤشرًا على الصحة والقوة.

ومن بين أجمل الهياكل الخارجية صدف البحر، الذي يحافظ على سلامة الرخويات اللينة، مثل المحار والاسقلوب، والقواقع المخروطية. حيث تفرز طبقة خارجية من نسيج الرخويات، من البروتينات والمعادن لتشكيل الهيكل العظمي المميز. وتعد أحد عيوب الهيكل الخارجي أنه شديد الصلابة بحيث لا يسمح للحيوان بالنمو. على سبيل المثال  قوقعة الكركند،  تعد دفاعًا قويًا ضد فقمة جائعة، ولكن مع زيادة حجم سرطان البحر، يجب عليه أن يتخلص من قوقعته، وقد يستغرق هذا الأمر عدة أسابيع حتى تتصلب قشرة جديدة تمامًا، وخلال هذه الفترة يكون سرطان البحر معرضًا بشدة لهجوم  المفترسات.

هيكل عظمي للسباحة

مجموعة من الأسماك يُطلق عليها اسم "صفيحية الخياشيم الغضروفية" لديها هياكل داخلية مصنوعة بالكامل من الغضاريف، وهو نوع من الأنسجة القوية والمرنة. ونظرًا لأن الغضروف قوي ولكنه في الوقت نفسه أخف من العظام، فإنه يسمح للأسماك بالسباحة بسرعة مع توفير الطاقة. كما أن العديد من الفقاريات ذات الهياكل الداخلية - بما في ذلك البشر - لديهم أيضًا غضروف مثل الذي يمنح الأذن والأنف شكليهما، كما تمتلك معظم أجنة الثدييات هياكل عظمية غضروفية تنحسر ببطء في العظام

ومنذ فترة طويلة ساد الاعتقاد بأن أسماك القرش الحديثة تنبع من سلف بدائي لم يطور عظامه بعد. لكن في عام 2015 أعلن العلماء اكتشاف خلايا عظمية لسمك قرش متحجر عمره 380 مليون عام، ما يشير إلى أن أسماك القرش ربما تكون قد تطورت من أسلاف لها عظام، فُقدت لصالح غضروف أخف.

الهياكل العظمية المائية

 هي أعمدة مملوءة بالسوائل، أو تجاويف، داخل اللافقاريات، بما في ذلك قناديل البحر، والديدان المفلطحة، والديدان الخيطية، والحلقيات مثل ديدان الأرض. يوضح "بيل كير"، عالم الأحياء بجامعة نورث كارولينا، أن العضلات والأنسجة الضامة تشكل جدارًا صلبًا للجسم حول التجويف. يقول "كير":" أعمدة ديدان الأرض مليئة بالسائل الهيموفيلي، الذي يعمل بشكل أساسي مثل الدم. حيث يتم تجزئة الأعمدة بشكل يمكن الديدان من توسيع وتقليص عضلاتها بشكل مستقل، ما يخلق موجات من الحركة تسمح للحيوان بالتلوي على الأرض.

شقائق النعمان البحرية أيضًا لها عضلات حول تجويفها الداخلي تعمل معًا - على غرار الطريقة التي تناور بها العضلة ذات الرأسين والعضلة ثلاثية الرؤوس أعلى أذرعنا - تُمكن الحيوان من الهروب من المفترسات المحتملة، كما يقول "كير". ويمكن لبعض الحيوانات مثل السرطانات الزرقاء، التحول من الهيكل الخارجي إلى الهيكل العظمي المائي المؤقت عندما تكون في حالة ضعف. يوضح "هاسكي" أن الهياكل العظمية هي سمة من سمات التطور  الرائعة لا سيما في مدى أهمية كل جزء صغير للحيوان". يقول "هاسكي": "بدون هيكل عظمي، نحن مجرد كيس كبير من العضلات التي تستلقي على الأرض، لأنه يخلق الحركة والتغذية والسلوكيات التي نستمتع بها كثيرًا".

المصدر: Nationalgeographic

استكشاف

أسد البحر يستخدم الشوارب مثل أصابع البشر

الشوارب بديلًا عن أصابع اليد لاستكشاف الأشياء

لا تمتلك معظم الثدييات أطراف أصابع متحركة أو حساسة مثل البشر، لكن لديها شعيرات حساسة أو شوارب على وجوهها.

لغز تطور أسنان ضفدع غامض

استكشاف أدوات

لغز تطور أسنان ضفدع غامض

منذ أكثر من 200 مليون سنة، فقدت أسلاف الضفادع الحديثة أسنان فكيهم السفليين. لكن العلماء اكتشفوا ضفدع جرابي يطلق عليه Gastrotheca guentheri تمكن من استعادة الأسنان

سباق التسلح الليلي بين العث والخفافيش

استكشاف أدوات

سباق التسلح الليلي بين العث والخفافيش

باستخدام شراك الخداع الصوتية طور أنواع من العث أساليب دفاعية جديدة ضد هجمات الخفافيش.