باريسا عباسي – هذا النهج يعمل بشكل جيد للغاية بالنسبة لنا. ضع في اعتبارك كيف يمكن لطائرة بوينج 747 الجامبو أن تنقل الركاب من الساحل الشرقي إلى الساحل الغربي لأمريكا في حوالي ست ساعات. في الماضي ، كان أسلافنا يسافرون في هذا الطريق لأشهر ومع العديد من الأخطار عبر الغابات والسهول التي لا نهاية لها والصحاري والجبال الثلجية والمزيد من الصحاري والجبال.
إن رؤيتنا عالية التقنية للحقول والمخلوقات تجعلنا نستطيع التعرف على الإشارات التي حصلوا عليها في سياق تطورهم واستخدامها للتكيف مع الظروف.
على سبيل المثال ، لنلقِ نظرة على فتحتي أنف عصفورين مختلفين تمامًا ، صقر الشاهين. Falco peregrinus) و الأطيش أو الأوز الأبيض (من عائلة بوبيان ، Sulidae).
صقر البحر
صقر الشاهين هو طائر جارح صغير في أمريكا الشمالية معروف بسرعات غوصه العالية بشكل لا يصدق. وتفيد التقارير أن هذه الطيور تغوص بسرعة تقدر بـ 320 كيلومترًا في الساعة. هذا الرقم يجعلها من أسرع الحيوانات على وجه الأرض. يتطلب التحرك بهذه السرعة الكثير من التعديلات والتغييرات. من بين هذه التغييرات ، يمكننا أن نذكر اتجاه تدفق الهواء إلى فتحتي الأنف للتنفس. لقد قيل عدة مرات أنه إذا دخلت طائرة الهواء النفاثة إلى الأنف بسرعة 320 كم ، فسوف تتسبب في انفجار الرئتين.
لمنع حدوث ذلك ، يوجد في منقار هذا الصقر نتوءات عظمية مستديرة تعمل على تحويل تدفق الهواء وتنظيم دخول الهواء إلى الجهاز التنفسي. في الواقع ، لقد ألهمت خياشيم صقر البحر تصميم مخاريط المدخل لمحركات الطائرات الأسرع من الصوت.
هذه حقيقة مثيرة للاهتمام ، لكن ماذا تعني حقًا؟
بادئ ذي بدء ، يجب أن نقول إن التحرك بسرعة عالية لا يتسبب في انفجار الرئتين. بالضبط العكس. هناك نوعان من المبادئ الفيزيائية التي يجب وضعها في الاعتبار هنا:
- مبدأ برونيلي ، الذي ينص على أنه مع زيادة السرعة ، ينخفض الضغط الذي يمارسه الهواء على السطح.
- دائمًا ما يكون الاتجاه المفضل للطاقة من أعلى إلى أسفل.
عندما تصل سرعة صقر الشاهين إلى أقصى حد له عندما يهبط ، تؤدي زيادة سرعة دخول الهواء إلى منقاره إلى انخفاض ضغط الهواء. يعتمد استنشاق الهواء على ضغط هواء مرتفع نسبيًا خارج الجسم يدخل بسرعة إلى منطقة الضغط المنخفض في الرئتين.
أخيرًا ، يوازن ضغط الهواء خارج جسم الصقر المتجه لأسفل تقريبًا مع ضغط الهواء في الرئتين ، مما يجعل التنفس صعبًا للغاية. فكر في مدى صعوبة التنفس عندما تهب الرياح. على سبيل المثال ، يصبح التنفس أكثر صعوبة عندما تخرج رأسك من سيارة متحركة (وهو أمر غير موصى به على الإطلاق!) أو عندما تكون على قارب سريع. يؤدي وجود نتوءات عظمية في أنف الصقر إلى إبطاء تدفق الهواء وزيادة ضغط الهواء وامتصاص الهواء في النهاية إلى داخل الجسم. يبدو أن هذه الظاهرة التكيفية هي تطور ذكي ضروري لهذه الطيور لتطير بسرعات عالية.
لكن بالنظر إلى التوزيع النشئي لهذه النتوءات العظمية ، فإن القصة تتغير قليلاً. يشترك الصقر الشاهين في هذه الخاصية المورفولوجية مع أفراد آخرين من عائلة الصقر ، والتي تشمل الطيور الجارحة من مجموعة متنوعة من الأشكال والأحجام وقدرات الطيران. في أحد أطراف هذه العائلة يوجد صقر البحر طائر يصطاد فريسته في الهواء. وفي الطرف الآخر يوجد caracara (نوع من الصقور) ، والذي يطير في السماء بسرعة منخفضة ويبحث عن جثث مثل النسور. هذا يطرح السؤال ، لماذا تعتبر النتوءات الأنفية ضرورية لصقور البحر في خياشيم جميع أفراد هذه العائلة؟
من الممكن أن تكون هذه القمم موجودة في المسالك الهوائية لجميع الصقور وكانت سمة مشتركة ورثتها عن أسلافها. ربما تطورت هذه النتوءات من أجل وظيفة مختلفة ، مثل قياس سرعة الهواء أو درجة الحرارة في هذه المخلوقات ، وتم تعديل هذا الهيكل لغرض جديد في صقور البحر. نتيجة لذلك ، ما زلنا لا نعرف على وجه اليقين ما هي فائدة هذه النتوءات لهذه الطيور.
قد لا نكون متأكدين من الغرض من الخياشيم غير العادية للصقر الشاهينو لكن مستوحى من ذلك ، تمكن المهندسون من حل مشكلة ضبط هواء السحب في المحركات النفاثة. في السنوات التي أعقبت الحرب العالمية الثانية ، حطمت الطائرات العسكرية ، التي تتمتع بفهم أفضل لكيفية استخدام الصواريخ ، المزيد من الأرقام القياسية في السرعة. لكن لا يمكن لهذه الطائرات أن تتحرك إلا حتى تختنق محركاتها أو تتوقف.
سرعان ما يتضح أنه بدلاً من المرور عبر الأسطوانة النفاثة ، يتم تحويل تدفق الهواء ويأخذ معه الأكسجين اللازم للاحتراق. كانت هذه هي نفس المشكلة التي سببها مبدأ برنولي وتدفق الضغط العالي إلى المنخفض الذي تحدثنا عنه سابقًا. تؤدي إضافة هياكل على شكل مخروطي إلى مدخل المحرك إلى حدوث موجات صدمة وإبطاء تدفق الهواء ، مما يسمح للمحركات بالاستمرار في العمل. جعلت الابتكارات في استخدام أقماع الدخول الطيران الأسرع من الصوت ممكنًا. نجح تشاك ييغر ، في عام 1947 ، في قيادة طائرة تجريبية جرس X-1 للتحرك أسرع من سرعة الصوت ، أي بسرعة حوالي 1235 كيلومترًا في الساعة عند مستوى سطح البحر.
الأوز الأبيض
طائر آخر يطير بسرعة كبيرة ويتكيف مع قوى جسدية قوية هو الأطيش أو الأوز الأبيض. وبحسب الملاحظات التفصيلية ، فإن هذه الطيور البحرية تغوص من ارتفاع حوالي 30 مترًا. يسحبون أجنحتهم ويجعلون أجسامهم قوية ومتحركة وبسرعة كبيرة تمزق سطح الماء وفي أي مكان يريدون صيد الأسماك. يمكن أن تصل سرعة جانت في لحظة الاصطدام في الماء إلى 86.4 كيلومترًا في الساعة (أو 24 مترًا في الثانية). (هذه البيانات المخيفة مأخوذة من البيانات التي تم جمعها من حالات انتحار 169 شخصًا الذين قفزوا من جسر البوابة الذهبية في سان فرانسيسكو. تم حساب سرعة الاصطدام بحوالي 33 مترًا في الثانية وقت حدوث الاصطدام. ما يقرب من 100٪ من الناس الذين قفزوا ماتوا. وموت معظمهم كان بسبب الصدمة.)
يستخدم العديد من السباحين معدات مناسبة لإبعاد الماء عن أنوفهم أثناء الغوص. ولكن كيف يمكن أن تدخل الأطيش إلى الماء بسرعة عالية دون دخول الماء إلى أنوفها؟
الجواب هو أن الأطيش حلت هذه المشكلة بفقدان منقارها الخارجي بالكامل.
عندما تكون الأطيش عبارة عن أجنة وفي البويضة ، فإن أنفها تتطور مثل تلك الخاصة بأنواع الطيور الأخرى ، أولاً فتحة الأنف ثم التجويف الدهليزي ، الذي يقع خلف الفتحة ومغلق بقطعة من الغشاء المخاطي. بعد ذلك بقليل ومع نمو الطائر ، تختفي هذه القطعة التي تشبه الأنسجة لإفساح المجال للمنقار ، لكن هذه النتوءات تبقى. أخيرًا ، يتم تغطية ثقوب المنقار الخارجية للأطيش بفتحة (مصنوعة من الكيراتين) مع نمو العظام. ومن المثير للاهتمام ، أنه على الرغم من حقيقة أن الخياشيم مغلقة تمامًا ولا يتدفق الهواء من خلالها ، فإن القفازات لها بنية شمية جيدة.
كيف تتعامل الأطيش مع نقص الخياشيم؟ وصف ماكدونالد في عام 1960 المنقار الخارجي الثانوي بأنه يتكون من ثقب في زاوية الفم حيث يتدلى الجزء العلوي من المنقار لأسفل. يتم رفع هذه المنطقة بواسطة عظم يسمى يوجال وهو ما يعادل عظام الوجنتين لدينا ، وهو مصنوع ومغطى بصفيحة مفصلية من الكيراتين. يرتبط هذان العنصران بشكل فضفاض ببقية الجمجمة وعلى الأرجح ، أثناء الغوص ، يتم دفعهما إلى جانبي المنقار بواسطة ضغط الماء الخارجي ، مما يؤدي إلى إغلاق هذه المنقار الخارجية الثانوية.
يبدو أن إزالة جميع الخياشيم في الأطيش طريقة رائعة لمنع الماء من دخول أنفهم وجهازهم التنفسي أثناء الغوص. ومع ذلك ، لاحظ ماكدونالد وجود نمط مثير للاهتمام في طيور الغوص الأخرى التي لا تنتمي إلى هذه العائلة. طيور الغاق (من الأسرة Phalacrocoracidae) يغوص أيضًا في الماء ، ولكن ليس من السماء ، ولكن من سطح الماء.
طيور الغاق والبجع البني
على الرغم من أنهم يغوصون بهدوء أكبر في الماء ، إلا أن أنفهم صغيرة ومغلقة تقريبًا. ولكن بدلا من ذلك البجع البني (من sem Pelecanus occidentalis) الطيور غواص ذو جسم ثقيل وخياشيم مفتوحة نكون. أنفهم محاطة بغشاء رقيق من الجلد ربما ينغلق عند تعرضهم لضغط ماء خارجي عالي الضغط.
إن القول بأن انسداد الأنف الكامل في الأطيش يرتبط ارتباطًا مباشرًا بالغوص سيكون بمثابة تجاهل لبعض تعقيداتها. يمكننا القول أن فقدان جميع الخياشيم تقريبًا في طيور الغاق هو شيء اكتسبوه من أسلافهم في عملية التطور. بالإضافة إلى ذلك ، فإن آلية إغلاق منقار البجع البني هي أيضًا ميزة يجب على هذه الطيور منع دخول الماء إلى أنفها أثناء الغوص.
علاوة على ذلك ، فإن تطبيق حل مختلف لنفس المشكلة يوضح أنه مع فقدان الخياشيم ، تحدث أشياء سلبية لهم أيضًا. على سبيل المثال ، يجب أن تفرز الطيور البحرية غدد الملح للتخلص من الملح الزائد الذي تستهلكه. وعادة ما يكون خروج إفرازات هذه الغدد عن طريق الأنف. تحتوي البزاقات على غدد تفرز الملح صغيرة نسبيًا ، وبالتالي يجب إزالة الملح المركز وطرده من خلال أفواههم.
إن وصف وظيفة الهياكل التشريحية دائمًا ما يكون أكثر دقة من القول ، “البنية x تخدم الغرض بالكامل ص لقد تم تكييفه. “إن العالم البيولوجي بعيد كل البعد عن عالم التصميم الهندسي. في تفسيراتنا ، يجب أن نأخذ في الاعتبار القيود المفروضة على الكائنات الحية من خلال التاريخ التطوري وأن ندرك أنه من خلال اكتساب شيء ما ، فقد نفقد شيئًا آخر.
المصدر: وورد
5858
.