كيف تحولت الأسماك إلى برمائيات؟

تعيش الفقاريات في جميع أنحاء الأرض ابتداءاً من قاع المحيط وصولاً إلى أعالي الجبال والسماء وهي تضم أكثر من (60,000) نوع ويمكن تقسمها إلى خمسة مجاميع رئيسية: الأسماك والبرمائيات والزواحف والطيور

سلسلة حكايات التطور - كيف تحولت الأسماك إلى برمائيات ثم انتقلت من البحر إلى اليابسة ؟

تُعد الفقاريات أكثر مجاميع الحيوانات تنوعاً، فهي تتراوح في حجمها من الضفادع الصغيرة التي لا يتجاوز طولها الثمان مليمترات إلى الحيتان الضخمة التي يصل طولها الثلاثون متراً. تعيش الفقاريات في جميع أنحاء الأرض ابتداءاً من قاع المحيط وصولاً إلى أعالي الجبال والسماء وهي تضم أكثر من (60,000) نوع ويمكن تقسمها إلى خمسة مجاميع رئيسية:- الأسماك والبرمائيات والزواحف والطيور .

ظهرت الفقاريات لأول مرة منذ حوالي (525) مليون سنة وكانت جميعها أسماك تعيش في البحار والأنهار، ولم تستعمر اليابسة إلا قبل (360) مليون سنة. تُعد الحيوانات التي تُعرف برباعيات الأرجل هي المسؤولة عن ظهور جميع أنواع البرمائيات والزواحف والطيور والثديات بما فيها نحن ! وكانت رباعيات الأرجل الأولى تشبه البرمائيات الحديثة ، لها جمجمة أكثر تسطحاً من الأعلى والاسفل بالنسبة لأسلافها، ولديها أرجل بدلاً من الزعانف فضلاً عن ظهور الرقبة التي تفصل الجسم عن الرأس. ويُعد انتقال الحياة من الماء إلى اليابسة بلا شك خطوة كبيرة في تاريخ الحياة ولكن كيف حدث هذا؟ علينا أولاً أن نلقي نظرة على ما يخبرنا به سجل الحفريات.

- إكتشافات الحفريات
في عام 2004، اكتشف فريق من الباحثين ثلاثة هياكل عظمية متحجرة لحيوان له بعض أوجه التشابه مع الأسماك وبعض التشابه مع رباعيات الأرجل الأولى . عاش الحيوان، الذي عُثر عليه في احفورة سُميت بتيكتاليك روسية (Tiktaalik roseae) قبل (15) مليون سنة مضت من ظهور رباعيات الأرجل الأولى. يتراوح طوله بين متر أو مترين ولديه جمجمة مسطحة وعينين وخياشيم علوية ورقبة وأطراف بتراكيب عظمية تحمل أوجه تشابه بين زعانف الأسماك ذات الزعانف الفصية وأطراف رباعيات الأرجل الأولى. ويُعد أحد انواع رباعيات الأرجل التي تطورت من الأسماك ذات الزعانف الفصية- مجموعة الأسماك التي تضم أسماك الكولاكانث والأسماك الرئوية- على عكس معظم الأسماك الأخرى التي تتصل فيها الزعانف بالجذع عبر أشعة طويلة رقيقة من العظام ، تتصل زعانف الأسماك ذات الزعانف الفصِّية بالجذع عبر عظم واحد سميك - شبيه بأطراف رباعيات الأرجل. من المحتمل أنه قد قضى فترة طويلة من الزمن يعيش في المياه الضحلة ، باستخدام أطرافه الزعنفية القوية، والتي ساعدته على سحب نفسه إلى اليابسة أحياناً ، ربما للهروب من الحيوانات المفترسة أو ربما للعثور على فريسة على اليابسة أو لسحب نفسه على اليابسة من اجل الانتقال من مستنقع إلى أخر. بعد عشرة ملايين سنة ستظهر الحيوانات مثل (Ichthyostega) و(Acanthostega) التي تمتلك أطراف مشابهة لنا – أطراف علوية تحتوي على عض مع عظم زند.

كما يعطينا السجل الأحفوري فكرة جيدة عن كيفية تكيف الهياكل العظمية بشكل أفضل مع الحياة على الأرض - مع إنتقال تدريجي من زعانف متينة إلى أطراف مناسبة. ومع ذلك ، هناك مشكلة أكبر بالنسبة للتكيف مع الحياة على الأرض ، وهي مشكلة يحاول علماء الأحافير حلها ألا وهي " كيفية الحصول على الأكسجين ؟ " ، تحصل معظم الأسماك على الأكسجين عن طريق سحب المياه من خلال فمها ، ثم ضخ هذه المياه مرة أخرى عبر الخياشيم. عندما يمر الماء عبر الخياشيم ، يتم إمتصاص الأكسجين من الماء ونقله إلى مجرى الدم ، ويخرج ثاني أكسيد الكربون من مجرى الدم إلى الماء. أما بالنسبة لنا نحن رباعيات الأرجل ، نسحب الهواء من خلال الفم أو فتحتي الأنف ، إلى الرئتين. يحدث تبادل مماثل للأكسجين وثاني أكسيد الكربون بين الرئتين ومجرى الدم ، ثم ينفث الهواء مرة أخرى. إذن كيف تطورت الرئتين وعملية تنفس الهواء ؟
نحن نعلم أن الحيوانات ضمن احافير تيكتاليك روزيا وإيثثيوستيجا قد امتلكت قفصاً صدرياً وبالتالي فمن المحتمل انها امتلكت رئتان تتنفس الهواء الجوي. وبصرف النظر عن هذا ، لا يمكن لسجل الأحافير الإجابة عن هذا السؤال ، وبالتالي يجب علينا أن نتوجه بدلا من ذلك إلى علم الأحياء التنموي.

- الأدلة من الحمل
في البشر ، تبدأ الرئتين بالتطور بعد خمسة أسابيع من الحمل. تظهر كبرعم واحد ينمو من انبوب القناة الهضمية ثم ينمو هذا البرعم ويتفرع إلى قسمين لتشكيل الرئتين اليمنى واليسرى. وعلى الرغم من أن القناة الهضمية والرئتين تؤديان وظائف مختلفة تماماً، مع هذا فمن المنطقي أن تنشئان من نفس الأنبوب نظراً لأنها لا تزال متصلة في جسمنا من منطقة المريء والقصبة الهوائية في الحلق. ومن المثير للاهتمام أن العديد من الأسماك تمتلك بنية تتطور بطريقة مشابهة جدًا. تسمى هذه البُنية السباحة بالأكياس الهوائية. وهي تتطور أيضاً من برعم ينبت من القناة الهضمية - على الرغم من أن هذا البرعم في معظم الأسماك ينشطر من القناة الهضمية، تصطف الأوعية الدموية خارج الأكياس الهوائية وتملئها بالغازات، حيث تساعد الأكياس الهوائية المملوئة بالغازات السمكة على الطفو. مع ذلك، في بعض الأسماك لا تنفصل الأكياس الهوائية عن القناة الهضمية بل تبقى متصلة. وهذا يعني بدلاً من إيداع الغازات داخل الأكياس الهوائية عن طريق الأوعية الدموية، يمكن للسمكة ان تسبح نحو السطح وتملئ الكيس الهوائي بالهواء أو تفرغ منه إذا كانت بحاجة إلى تقليل طفوها. أي بعبارة أخرى، لدى هذه الأسماك جهاز تبادل غاز تطور إلى رئتين. وفيما يخص سمك الرئة (Lungfish) وهي نوع من الأسماك ذات الزعانف الفصية تطورت خطوة أخرى حيث تستخدم هذا العضو لتوصيل الاكسجين إلى دمها من أجل التنفس بنفس الطريقة التي تتبعا رباعيات الأرجل.
أي من المرجح أن الرئتين تطورت أولاً في الأسماك ذات الزعانف الفصية، كما تطورت زعانفها إلى زعانف أكثر متانة قادرة على سحبها إلى اليابسة. وبالجمع بين القدرة على التنفس الهوائي والحركة على اليابسة تمكنت هذه الأسماك من الانتقال إلى بيئة جديدة والتكيف معها. بيئة خالية من الحيوانات المفترسة ومليئة بفريسة الحشرات. وبعدها تطورت رباعيات الأرجل إلى برمائيات وزواحف وطيور وثديات لكي تسيطر على اليابسة .

تحرير وترجمة المقال : ندى محمد - تصميم : Tomas alsmani
#العراقي_العلمي