درک نوینی از شیوه حرکت بی مهرگان آبزی

اختاپوس ها و ماهی های مرکب به واسطه حرکت جهشی شان (که با کمک اعضای انتهایی بدنشان صورت می گیرد) به خوبی شناخته شده اند. این نرم تنان با ایجاد فشار می توانند به سمت جلو جهش کنند. ولی در مورد دوکفه ای ها چطور؟ شاید کمتر کسی شاهد حرکت جهشی دوکفه ای ها بوده باشد، ولی واقعیت آن است که این موجودات نیز می توانند همچون جت خود را به سمت جلو پرتاب کنند.
«حلزون های دوکفه ای» (scallop) که به اختصار «دوکفه ای» نامیده می شوند، از معدود بی مهرگان دوکفه ای هستند که واقعاً می توانند شنا کنند. وقتی که این نرم تن احساس خطر می کند، به سرعت پوسته های صدفی خود را به یکدیگر می چسباند و از این طریق خود را به سمتی که ایمن است، پرتاب می کند. اگر چنانچه در این حالت به صدف حیوان ضربه های متوالی زده شود، حیوان در آب رها شده و با حرکات مواجی به شنا می پردازد.
این شیوه حرکت که به ظاهر طبیعی به نظر می رسد، با موضوع دیگری که ظاهراً بی ارتباط به نظر می رسد، رابطه پیدا کرده است. معلوم شده است که بررسی حرکت «دوکفه ای»ها در آب های سرد می تواند راهنمایی های مفیدی برای محققانی فراهم کند که می خواهند انواع پلیمرها را در درجه حرارت های متفاوت دستکاری کنند.
«حلزون های دوکفه ای» نیز همانند دیگر دوکفه ای ها دارای دو کفه آهکی هستند که از طریق یک لولا به یکدیگر چسبیده اند. در مرکز هر لولا یک ماهیچه بزرگ (و خوشمزه) وجود دارد که در هنگام خطر منقبض شده و می تواند دو کفه را به یکدیگر بچسباند و بخش های نرم بدن حیوان را حفظ کند. تا زمانی که ماهیچه بزرگ در حال انقباض است کفه ها به یکدیگر چسبیده اند. باز شدن کفه ها به وسیله ماهیچه کوچک دیگری صورت می گیرد که در درون لولای ماهیچه ای قرار دارد.
این ماهیچه کوچک در صورتی می تواند کفه ها را از یکدیگر باز کند که ماهیچه بزرگ منبسط شده باشد. به همین دلیل آنهایی که برای خرید صدف تازه به بازار می روند، صدف های بسته را انتخاب می کنند چرا که ماهیچه بزرگ هنوز منقبض است و نشان می دهد که صدف زنده است.
مکانیسم پرتاب به جلو در اختاپوس ها و ماهی های مرکب تا حدودی شبیه به موتورهای دوزمانه عمل می کند. زمانی که عضله کشنده کفه های صدف را می بندد، آب موجود در درون محوطه داخلی بدن صدف با فشار به بیرون زده می شود و هنگامی که لولای عضلانی اجازه باز شدن را به کفه های صدف می دهد بار دیگر آب به درون بدن موجود زنده وارد می شود.
این باز و بسته شدن ها باعث حرکت موجود زنده در درون آب می شود و تا زمانی که در معرض خطر شکارچیان قرار گرفته باشد، می تواند ادامه داشته باشد. مشکل این شیوه حرکت در آن است که نمی توان آن را به مدت طولانی ادامه داد، ولی معمول چنان است که چنین حرکت های جهش واری برای بسیاری از موارد می تواند موجود زنده را از خطر دور نگه دارد.
این شیوه خاص حرکت، سازگاری های تکاملی خاص خود را به همراه داشته است. یکی از سازگاری های صورت گرفته همراه با این شیوه جابه جایی سبک کردن وزن کفه های آهکی است. علاوه بر این عضله های منقبض شونده بزرگ شده اند. سازگاری مفید دیگری که در این دسته از موجودات صورت گرفته این است که عضله «لولایی» از یک نوع بافت خاص الاستیک با عملکرد سریع تشکیل شده است.
حرکت و جابه جایی «دوکفه ای»ها و اختاپوس ها با استفاده از نیروهای آزادشده عضلانی تحت تاثیر شرایط محیطی ممکن است بسیار ناکارآمد شود. برای نمونه جابه جایی چنین موجوداتی در آب های سرد بسیار ناکارآمد می شود، چرا که برون ده انرژی حاصله از عضلات در آب های سرد بسیار کمتر از آب های با درجه حرارت معمولی است. این ناکارآمدی در آب های سرد قطبی که ممکن است درجه حرارت آن به صفر نزدیک شود بسیار مشکل می شود.
تنها کاهش درجه حرارت و کم شدن فعالیت عضلانی نیستند که حرکت اختاپوس ها و ژله ماهی را مشکل می سازد در محیط های سرد ویسکوزیته آب ها نیز افزایش می یابد و این امر به نوبه خود باعث مشکل شدن شناوری و کاهش کارایی حرکت در آب می شود. اکنون با در نظر گرفتن این واقعیت ها، بهتر می توان نحوه حرکت ژله ماهی قطبی Adamussium colbecki را درک کرد. در واقع این ژله ماهی در آب های سرد و رقیق قطبی تنها ممکن است بتواند خود را به آرامی تا سطح آب بکشاند.
Adamussium colbecki به رغم سرمای زیاد در آب های قطبی می تواند کمی شنا کند. «مارک دنی» و «لوک میلر» دو بیومکانیست ایستگاه تحقیقات دریایی هاپکینز وابسته به دانشگاه استنفورد، تا قطب جنوب مسافرت کردند تا راز حرکت ژله ماهی ها و اختاپوس ها را درک کنند. کشفیات اولیه این دو زیست شناس غافلگیرکننده نبود.
آنها دریافتند که در Adamussium colbecki در مقایسه با موجودات مشابه استوایی، نسبت پوسته آهکی به کل بدن در مناطق قطبی پایین تر است. این امر باعث می شود که موجودات کفه دار قطبی به انرژی عضلانی کمتری برای باز کردن آنها نیاز داشته باشند. متغیرهای بعدی که «میلر» و «دنی» اندازه گیری کردند، به این سادگی قابل تفسیر نیستند. آنها دریافتند که در نرم تنان قطبی عضلات بازکننده از حد انتظار کوچک تر هستند.
اگرچه کوچک بودن عضلات بازکننده باعث کاهش وزن و در نتیجه آسان شدن حرکت می شود، ولی در عین حال نشان می دهد که این کوچک شدن عضله نیروی کافی را برای باز کردن سریع کفه ها فراهم نمی کند، یا اینکه زمان مورد نیاز برای این منظور را افزایش می دهد.
در واقع ترکیب کوچک شدن وزن پوسته و ماهیچه منقبض کننده آن باعث شده است که «دوکفه ای»های قطبی تقریباً ۲۰ درصد انواع استوایی و قابل مقایسه خود برای حرکت و جابه جایی انرژی تولید کنند. مثل همیشه این دو دانشمند در جست وجوی تبیین تکاملی این تفاوت ها در اندازه ماهیچه و پوسته آهکی بوده اند، ولی آنچه آنها به دست آوردند ادراکی نوین از ویژگی های پلیمرهاست.
ماهیچه لولایی «دوکفه ای» می بایست در سرمای زیاد قابلیت کمتری برای ذخیره کردن انرژی داشته باشد. باید در نظر داشته باشیم که انفجار فاجعه بار فضاپیمای «چلنجر» در سال ۱۹۸۶ در هوای سرد صورت گرفت. سرمای شدید باعث شد که حلقه دایره شکل، خرد شده و خروج گاز مایع را ممکن سازد. وقتی که «میلر» و «دنی» تاثیر کاهش درجه حرارت را بر عضلات «دوکفه ای» بررسی کردند، متوجه شدند که این ماهیچه ها با کم شدن میزان درجه حرارت، قابلیت اتساع بیشتری می یابند. ولی در «دوکفه ای»های مناطق حاره این رابطه بین کاهش درجه حرارت و اتساع عضلانی دیده نمی شود.
این دو دانشمند نتیجه گرفتند که شرایط ناشی از سرمای محیط باعث انتخاب طبیعی برای بقای موثر افرادی شده است که ماهیچه های لولایی متسع تری داشته باشند. تفاوت در طبیعت ماهیچه های «دوکفه ای»های قطبی و استوایی به راحتی نمایان نمی شود، چرا که ترکیب شیمیایی این ماهیچه ها در این دو نمونه با یکدیگر مشابه اند. ولی تحقیقات نشان داده است که به رغم تشابه ساختاری، تفاوت ها در پلیمرهای پروتئینی است که وظیفه اصلی آنها ذخیره انرژی برای باز و بسته کردن کفه هاست.

NaturalHistory,Jul-Aug.۲۰۰۷
آدام سامرز
مترجم : زینب همتی

منبع : روزنامه شرق