منذ عدة أيام ظهرت ورقة لمجموعة من الباحثين في مجلة Current Biology بعنوان (حوت برمائي من العصر الأيوسيني الأوسط في بيرو يكشف عن انتشار مبكر في جنوب المحيط الهادئ للحوتيات الرباعية الأرجل).(1)
وكالعادة طبعا، تطاير بها أنصار التطور فرحا، مهللين قولتهم منثلمة الصيت؛ دليل جديد يثبت أن التطور حقيقة. ولكن عفوا؛ ما هو الجديد هنا؟ أليس سلف الحوت الخيالي الذي كان يمشي على أربع أرجل موجود في السجال التطوري منذ الثمانينات!
المهم، التطور حقيقة طبعا كما نعرف جميعا، والعظام التي في الصورة على اليسار -وهي ما تم اكتشافه بالفعل-، تثبت أن الكائن المتخيل في الصورة الملونة الجميلة هو أحد أسلاف الحوت الحالي (وطبعا ذلك على سبيل السخرية إن لم يكن واضحا).
على أية حال، مضطرين أن نقطع فرحتهم تلك، وأن نشرح لهم أن الموضوع ليس بهذه البساطة إطلاقا. سنكمل مع عرض رائع للمتطلبات البيولوجية لانتقال من الحياة الكاملة على الأرض إلى الحياة الكاملة في الماء، من كتاب (العلم الزومبي) لدكتور جوناثان ويلز (أستاذ البيولوجيا الجزيئية والخلوية).
ما المطلوب لابتكار حوت؟
حفريات الحيتان المائية بالكامل مثل الدوردون والباسيلوسورس ظهرت في فترة جيولوجية معروفة بـ(الإيوسين Eocene)، في صخور حسب الجيولوجيون أن تاريخها يرجع إلى 40 مليون سنة. الماياسيتوس والكوتشسيتوس والرودهسيتوس وجدوا في صخور الإيوسين التي يعود تاريخها إلى ما بين 2 – 8 مليون سنة قبل ذلك. إذن بناء على الدليل الحفري، الانتقال من حيوان ثديي أرضي إلى حيوان ثديي مائي بالكامل في 8 مليون سنة أو أقل.
ما التغييرات التي يجب أن يمر بها حيوان ثديي في الثمانية ملايين عام لتنقله من ثديي أرضي أو برمائي إلى ذلك الذي يقضي حياته كلها في الماء؟ عدد غير قليل. العديد من صفات الحيتانيات تختلف بشكل بالغ عن صفات الثدييات الأرضية. ما يلي هو فقط عينة صغيرة منها.
الخصائص المطلوبة للسباحة:
الحوت يدفع نفسه عبر الماء أساسا عن طريق حركات النتوءات الكبيرة –المسماة بـ"المثقوبات flukes"– التي في نهاية ذيله لأعلى وأسفل. وباستثناء فقرات الزيل الممتدة حتى منتصفه، المثقوبات لا توجد بها عظام؛ هي تتكون من أنسجة ضامة ليفية fibrous connective tissue. مع ذلك مثقوبات الحيتان ليست زعانف سلبية مثل تلك التي يستعملها البشر في الغطس. ولكن حركاتها متناسقة بنظام معقد من الأوتار الطويلة القوية التي توصلهم بالعضلات المحددة في الذيل.
في الحوت الأزرق في الصورة 5-1، يبدأ الذيل بين الزعنفة الظهرية الصغيرة والمثقوبات. الذيل يمكن أن ينحني لأعلى وأسفل نسبيا مع الجسم، لكن المثقوبات يمكن أن تتحرك بشكل مستقل عن الذيل. وفقا لكتاب (إيفرهارد سليجبر Everhard Slijper) الكلاسيكي عن الحيتانيات، المثقوبات "يمكن أن يتم تحريكها إلى الأجزاء الأخرى، إذن حقيقة أن –أثناء الحركة– المثقوبات تصنع زاوية مع بقية الذيل ليست نتيجة للاستجابة السلبية لضغط الماء، كما هو الأمر في الأسماك، لكن نتيجة للجهد العضلي الإيجابي". في العقد الثامن من القرن التاسع عشر (1880) كان علماء التشريح يعرفون بالفعل "مدى التعقيد ومدى الإبداع الموجود بالفعل في بنية تلك الأعضاء".(2)
شكل المثقوبات شبيه بأجنحة الطائرات، بحافة أمامية دائرية تتناقص بشكل مطرد حتى تصل للحافة الأخرى. البيولوجيون الذين حللوا المثقوبات في 2007 أعلنوا أن "نصف قطر الحافة الأمامية الكبيرة نسبيا يسمح بتوليد قوة رفع أكبر وتؤخر التوقف". في الحقيقة، أظهرت الحسابات أن "توليد قوة الرفع في المثقوبات يصلح مقارنتها بشكل عام بالأجنحة المصنعة، وربما تكون أفضل منها".(3)
الحيتانات لديها أيضا زعانف ظهرية، والتي تقوم بحمايتها من الانزلاق. ومثل المثقوبات، الزعانف الظهرية هي من بين الخصائص التي تميز الحيتانيات عن الثدييات الأرضية والبرمائية.
الخصائص المطلوبة للتنفس:
يتنفس الحوت عن طريق الثقوب التي في أعلى رأسه، والتي تسمى "بالثقوب الانفجارية blowholes" لأنه حينما يظهر الحيوان على السطح يقوم بنفخ هواء مثقول بالرطوبة منهم. كل الحيتانيات الحية لديها ثقوب انفجارية في أعلى رؤوسها، لكن في حوت العنبر موقع الثقوب الانفجارية أبعد إلى الأمام مما في الحيتان الأخرى.
إذن بالنسبة لحيوان أرضي لكي يتطور إلى حوت، يجب أن يتغير مكان الثقوب فيه وتنتقل إلى أعلى الرأس.
الثقب الانفجاري محاط بـ"شفاه" سميكة مكونة من أنسجة مطاطة للغاية. وفقا لسليچبر، هذه الأنسجة "عادة تحتفظ بالثقف مغلقا بالمط حتى حينما يكون الحوت على السطح. لفتحها أثناء التنفس، لدى الحوت عضلات عديدة تمتد من الشفاه إلى أسفل الجمجمة. من الواضح أن طرقة غلق الثقب هذه هي أكثر فاعلية بكثير" في الحفاظ على الماء بالخارج، من الطريقة الموجودة في الفقمات وأسود البحر والثدييات الأرضية، والتي فتحة الأنف فيها عادة ما تكون مفتوحة ويجب أن تغلق تحت الماء بانكماش إيجابي للعضلات.(4)
الحيتان مشهورة بغوصها العميق، بالرغم من أنها تتنفس في السطح. (أسود البحر والفقمات، بالرغم من أنها ليست مائية بالكامل، لكنها أيضا مشهورة بغوصها العميق). الدلافين وخنازير البحر تستطيع الغوص حتى عمق 300 متر، وفقمات ويديل Weddell seals حتى 600 متر، وحيتان العنبر حتى 2.000 متر، والحوت المنقاري حتى 3.000 متر.(5)
الضغط على الحيوان في سطح الماء هو واحد جو (وحدة قياس الضغط)، والضغط على حيوان 10 متر أسفل سطح الماء هو 2 جو، ويزداد الضغط بمعدل جو واحد لكل عشرة أمتار إضافية. إذن حوت العنبر على عمق 2.000 متر يواجه ضغطا أكثر 200 ضعف من الضغط الذي يواجهه على سطح الماء. العظام ليست قوية بما فيه الكفاية لحماية الرئة من مثل هذا الضغط العالي، وبالتالي تحتوي الثدييات التي تغوص لتلك الأعماق على قفص صدري قابل للطي ورئات قابلة للطي.
القفص الصدري في الحيتانيات به العديد من "الأضلاع السائبة floating ribs"، أضلاع غير متصلة بعظم القفص الصدري. تلك الأضلاع السائبة تدعم بشكل كبير مرونة جدار الصدر.(6) الحيتانيات والثدييات الغواصة الأخرى لديها حجاب حاجز موجه لناحية موازية للعمود الفقري بدلا من التعامد عليه. شرح طبيب التخدير (ريتشارد براون Richard Brown) وعالم وظائف الأعضاء (چيمس باتلر James Butler) أن "المنطقة الكبرى للتوصيل بين الرئة والحجاب الحاجز في الحيتان تسمح للحجاب الحاجز بأن يطوي بسلاسة الرئة إلى جانب أقصر بعد للرئتين" (البطن للخلف).(7)
انغلاق الصدر تم رصده مباشرة في الدولفين على عمق 50 مترًا، ولوحظ بتلفزيونات تحت الماء على عمق 300 متر.(8) وأظهرت تحليلات الدم أن الرئة المغلقة تنطوي وقتما يصل الحيوان إلى عمق 50 متر.(9) تلك التحليلات نفسها، وتحليلات مشابهة في أسود البحر، تكشف سببا واحدا عن لماذا يعد طي الرئة ضرورة فسيولوجية: بطي الحويصلات الهوائية الصغيرة التي يتم فيها عادة تبادل الدماء، يـُحمى الغواص الثديي من آخذ كمية أكبر من المطلوب من النيتروجين. النيتروجين الممتص تحت الضغط يتسبب في اضطراب عقلي خطير يسمى "تخدير الأعماق narcosis". والأسوء أن النيتروجين الممتص تحت الضغط يمكن أن ينتج فقاعات في الجسم حينما ينخفض الضغط، متسببا في الحالة المميتة التي تؤدي لها مرض تخفيف ضغط.(10) تتفادى الثدييات التي تغوص عميقا تلك المشكلات بقيامها بطي رئتيها.
يستغرق غطس حوت العنبر التقليدي حوالي ساعة. وأما الحوت المنقاري فربما يستمر لأكثر من ساعتين. كيف يمكن للحيتانيات أن تستمر تحت الماء كل هذا؟ الفضل يعود إلى أعجوبة هندسية أيضية أخرى.
الحيتان لديها ميوجلوبين (جزيء تخزين أكسجين) في عضلاتها أكثر بكثير من الموجود لدى الثدييات الأخرى.(11) مع ذلك، كما أشار سليچبر، "ولا حتى الكميات الكبيرة من الميوجلوبين يمكنها أن تقدم تفسيرا كافيا لاستمرارهم الطويل تحت الماء... أثناء الغوص، تغيرات أساسية في الأيض يجب أن تحدث".(12) إمدادات الدماء أعيد توزيعها للمخ والقلب، القلب يبطئ، والعضلات تتحول للأيض اللاهوائي. كل الفقاريات تفعل ذلك على مستوى معين حينما تحرم من الهواء، لكن الثدييات عميقة الغوص تفعله بشكل أكمل وأكفء.(13)
الغطس العميق الطويل يمثل تحديا، لكن الخروج للسطح بعد ذلك يمثل تحديا هو الآخر. حينما يعود الحوت للسطح بعد الغطس، يجب عليه أن يعيد تضخيم الرئتين سريعا لكي يتنفس. الرئات تحتوي على سوائل تسمى "مؤثرات سطحية surfactants"، والتي تغلف بطانة الحويصلات الهوائية الصغيرة بتبادل الغاز بين الهواء والدماء. النتائج التجريبية المنشورة في 2004 أظهرت أن المؤثرات السطحية التي تخرج من الرئة في أسود البحر والفقمات لديها "مركب متمايز عن ذلك الموجود في الثدييات الأرضية وربما يكون مناسب بشكل فريد للطي والبسط المتكرر للرئة".(14) الشيء نفسه تقريبا صحيح في كل الحيتان. أدلة أخرى نشرت في 2006 تظهر أن مؤثرات سطحية كهذه لديها "أساسا وظيفة مضادة للالتصاق لكي تقابل تحديات استمرارية طي الرئتين".(15)
بعض خصائص التنفس المذكورة بالأعلى ليست فريدة في الحيتان. الثدييات التي تغوص للعمق لديهم نفس الخواص أيضا. لكن الثقوب الانفجارية موجودة فقط في الحيتانيات.
الخصائص المطلوبة للتكاثر:
في معظم الثدييات، إنتاج السائل المنوي يتطلب درجة حرارة أقل بدرجات عديدة من درجة الحرارة الطبيعية للجسم. ومن ثم معظم الخصيات في الثدييات الأرضية معلقة خارج الجسم، لكن ذكور الحيتان لديها خصيات داخلية، والتي يجب أن تظل حرارتها أقل من درجة حرارة الجسم بالرغم من حقيقة أنها محاطة بعضلات تنتج حرارة.
التبريد يتم تحقيقه بنظام تبادل الحرارة المعاكس للتيار. الدم الذي يتم تبريده في الزعانف الظهرية والمثقوبات يتم حمله إلى منطقة قريبة من الخصيات، حيث تتدفق عبر شبكة من الأوردة تمر بين الشرايين الحاملة للدم الدافئ في الاتجاه المعاكس. لذلك الدم الشرياني يتم تبريده بعد أن يصل إلى الخصيات (الشكل 5-2).(16)(17)
 الشكل 5-2: رسم بياني مبسط لجريان الدماء حول خصية الدولفين: في رسمة الجسم في الأعلى، الخطوط البيضاء هي الأوردة. في الرسمة الموسعة بالأسفل الخطوط السوداء هي شرايين تحمل الحرارة والدماء من القلب. الخطوط الرمادية هي أوردة تحمل الدم البارد من الزعانف الظهرية ومثقوبات الذيل. بينما يتدفق الدم الشرياني الدافئ للأسفل إلى الخصية، دم الأوردة البارد يتدفق إلى الأعلى بين الشرايين. |
إذا كانت تلك الترتيبات الهندسية نتيجة للتطور، ترحيل خصية الحيتانيات من مكانها إلى الداخل لا يمكن أن يكون قد سبق نظام تبادل الحرارة المعاكس للتيار. هذا وإلا سيصبح الحوت عقيما، وهي النهاية بالنسبة للطريق التطوري. لكن ليس هناك ميزة تكيفية لتطوير نظام تبادل حرارة معاكس للتيار حول الخصيات إلا إذا كانوا داخل الجسم. أحدها لن يأتي قبل الآخر، مع أن احتمالية أن يتطور كليهما في نفس الوقت هي عمليا صفر.
أيضا، بعد الولادة، صغار الحيتانيات يجب أن ترضع تحت الماء، لكن قدرتها على البقاء تحت الماء أقل من قدرة البالغين؛ يجب عليهم أن يخرجوا للسطح كثيرا للتنفس. إذن الرضاعة في الحيتانيات مختلفة تماما عن الرضاعة في الحيوانات الأرضية.
حلمات الأم في الحيتانيات منقسمة إلى شقين في كل جانب من الفتحة التناسلية. وفقا لسليچبر، "حينما ترضع صغارها، تتحرك الحيتانيات ببطئ شديد، ويتحرك الصغير وراءها ويتجه إلى الحلمة من الخلف. الأم الآن تتحول قليلا إلى الجانب، لكي يصبح أسهل على الصغير أن يصل إلى الحلمة، والتي في تلك الأثناء تخرج من الشق. وبما أن الصغير يفتقر إلى الشفتين المناسبتين، يجب عليه أن يحتجز الحلمة بين اللسان وسقف الحلق العلوي".(18) (حتى حوت العنبر يرضع بهذه الطريقة، لكن بسبب التشريح غير المعتاد لرأسها، يجب على الصغار أن يضعوا أنفسهم من أسفل إلى أعلى تحت أمهاتهم(19)).
بعد ذلك تضخ الأم اللبن بقوة إلى رضيعها. حتى بعد أن يذهب الرضيع، يمكن أن يرى اللبن الذي يضخ من الحلمة. اللبن مركز ثلاثة أو أربعة أضعاف من لبن البقر والماعز؛ لديه قوام الحليب المكثف أو الزبادي السائلة. ومن ثم يحصل الصغير على تغذية أكثر بكثير في وقت أقل.(20)
وبالتالي، العديد من الخصائص يجب أن تنشأ في الثمانية ملايين أو أقل بين "الحيتان السائرة" المزعومة والحيتان التي تعيش بالكامل في الماء؛ بما فيها المثقوبات (مع أوتارها وعضلات الذيل المخصصة لها)، الثقوب الانفجارية (مع الأنسجة المرنة لتبقيهم قريبين والعضلات المحددة لفتحهم)، الخصيات الداخلية (مع نظام تبادل الحراراة المعاكس للتيار لتبريدها)، الخصائص المحددة للرضاعة (بالإضافة إلى الدفع القوي للبن المركز)، والعديد من الصفات الأخرى غير المذكورة هنا.
تلك سلسلة طويلة. في الحقيقة، هناك عدد متزايد من الأدلة يقترح أنه أنها سلسلة طويلة يستعصي على التطور الإتيان بها.
تفترض الداروينية الجديدة أن التغييرات التشريحية تنشأ من طفرات الدنا. وكما رأينا في الفصل الرابع، هذا الافتراض غير صحيح. عقود من التجارب أظهرت أن طفرات الدنا لا تنتج خصائص تشريحية جديدة نافعة. لكن تنزلا في الجدال، دعنا نتجاهل هذه الحقيقة ونسير كما لو أن النظرية التطورية من الممكن أن تكون صحيحة. دعنا أيضا نتجاهل، الآن فقط، النقد المذكور في الفصل الرابع للاستعمال الجديد لكلمة "جين". تجاهل كل ذلك وستظل النظرية التطورية في مواجهة مشكلة.
(1) Lambert et al., An Amphibious Whale from the Middle Eocene of Peru Reveals Early South Pacific Dispersal of Quadrupedal Cetaceans, Current Biology (2019), https://doi.org/10.1016/j.cub.2019.02.050
(2) Everhard J. Slijper, Whales, trans. A. J. Pomerans, 2nd ed. (Ithaca, NY: Cornell University Press, 1962), 100–101, 108.
(3) Frank E. Fish, John T. Beneski, and Darlene R. Ketten, “Examination of the three-dimensional geometry of cetacean flukes using computed tomography scans: Hydrodynamic implications,” Anatomical Record 290 (2007): 614–623. doi:10.1002/ ar.20546. PMID:17516428.
(4) Slijper, Whales, 151.
(5) Gregory S. Schorr, Erin A. Falcone, David J. Moretti, and Russel D. Andrews, “First long-term behavioral records from Cuvier’s beaked whales (Ziphius cavirostris) reveal record-breaking dives,” PLoS One 9 (2014): e92633. doi:10.1371/journal.pone.0092633. PMID:24670984.
(6) Slijper, Whales, 139–140.
(7) Richard E. Brown and James P. Butler, “The absolute necessity of chest-wall collapse during diving in breath-hold diving mammals,” Aquatic Mammals 26 (2000): 26–32.
(8) Sam H. Ridgway, B. L. Scronce, and John Kanwisher, “Respiration and deep diving in the bottlenose porpoise,” Science 166 (1969): 1651–1654. doi:10.1126/science.166.3913.1651. PMID:5360592.
(9) Konrad J. Falke, Roger D. Hill, Jesper Qvist, Robert C. Schneider, Michael Guppy, Graham C. Liggins, Peter W. Hochachka, Richard E. Elliott, and Warren M. Zapol, “Seal lungs collapse during free diving: Evidence from arterial nitrogen tensions,” Science 229 (1985): 556–558. doi:10.1126/science.4023700. PMID:4023700.
(10) Birgitte I. McDonald and Paul J. Ponganis, “Lung collapse in the diving sea lion: Hold the nitrogen and save the oxygen,” Biology Letters 8 (2012): 1047–1049. doi:10.1098/ rsbl.2012.0743. PMID:22993241.
(11) Shawn R. Noren and Terrie M. Williams, “Body size and skeletal muscle myoglobin of cetaceans: Adaptations for maximizing dive duration,” Comparative Biochemistry and Physiology A 126 (2000): 181–191. doi:10.1016/S1095-6433(00)00182-3. PMID:10936758.
(12) Slijper, Whales, 133.
(13) Per F. Scholander, “The master switch of life,” Scientific American (December, 1963): 92–106.
(14) Roger G. Spragg, Paul J. Ponganis, James J. Marsh, Gunnar A. Rau, and Wolfgang Bernhard, “Surfactant from diving aquatic mammals,” Journal of Applied Physiology 96 (2004): 1626–1632. doi:10.1152/japplphysiol.00898.2003. PMID:14688033.
(15) Natalie J. Miller, Anthony D. Postle, Sandra Orgeig, Grielof Koster, and Christopher B. Daniels, “The composition of pulmonary surfactant from diving mammals,” Respiratory Physiology and Neurobiology 152 (2006): 152–168. doi:10.1016/j.resp.2005.08.001. PMID:16140043.
(16) Sentiel A. Rommel, D. Ann Pabst, William A. McLellan, James G. Mead, and Charles W. Potter, “Anatomical evidence for a countercurrent heat exchanger associated with dolphin testes,” Anatomical Record 232 (1992): 150–156. doi:10.1002/ar.1092320117. PMID:1536461.
(17) Sentiel A. Rommel, D. Ann Pabst, and William A. McLellan, “Reproductive thermoregulation in marine mammals,” American Scientist 86 (1998): 440–448. doi:10.1511/1998.5.440.
(18) Slijper, Whales, 381–382.
(19) Genevieve Johnson, Alexandros Frantzis, Chris Johnson, Voula Alexiadou, Sam H. Ridgway, and Peter T. Madsen, “Evidence that sperm whale (Physeter macrocephalus) calves suckle through their mouth,” Marine Mammal Science 26 (2010): 990–996. doi:10.1111/j.1748-7692.2010.00385.x.
(20) Slijper, Whales, 382–383, 386.
