كيف تطورت الأسماك لتمشي – وفي حالة واحدة ، تحولت إلى بشر

عندما تفكر في التطور البشري ، هناك فرصة جيدة أن تتخيل الشمبانزي يستكشف الغابات القديمة أو البشر الأوائل وهم يرسمون الماموث الصوفي على جدران الكهوف. لكننا نحن البشر ، جنبًا إلى جنب مع الدببة والسحالي والطيور الطنانة و الديناصور ريكس، هي في الواقع أسماك ذات شحمة الزعانف.

قد يبدو غريباً ولكن الدليل موجود في جيناتنا وعلم التشريح والحفريات. نحن ننتمي إلى مجموعة من الحيوانات تُدعى ساركوبتريجيانس التي تعيش على الأرض ، لكن الكميات الهائلة من التغيير التطوري قد حجبت مظهرنا.

نحن نفكر في الأسماك كسباحين خبراء ، لكنهم في الحقيقة طوروا القدرة على “المشي” خمس مرات على الأقل. تسحب بعض الأنواع نفسها للأمام باستخدام زعانف أمامية متطورة جيدًا ، بينما “يسير” البعض الآخر على طول قاع المحيط.

طور أسلافنا الساركوبتريجين الرئتين وآليات أخرى لتنفس الهواء وأطرافًا عظمية وعمودًا شوكيًا أقوى قبل أن يغامر بالهبوط. كانت هذه التكيفات مفيدة ليس فقط في البيئات المائية ولكنها سمحت لأسلافنا باستكشاف الأرض – لقد كانت “تكيفات مسبقة” للحياة على الأرض.

كان الانتقال من الماء إلى الأرض أحد أهم الأحداث في تطور الفقاريات. ربما تكون قد بدأت كوسيلة للهروب من الحيوانات المفترسة ، لكن المناظر الطبيعية التي اكتشفها أسلافنا كانت غنية بالفعل بالنباتات مثل الطحالب وذيل الحصان والسراخس ، وكذلك المفصليات (الألفيات) التي استعمرت الأرض قبل ملايين السنين.

نحن لسنا وحدنا

تطور المشي بشكل مستقل عدة مرات في الأسماك ، مما يجعله مثالًا على التقارب التطوري (سمات مماثلة تتطور بشكل مستقل ، مثل الأجنحة في الخفافيش والطيور). ومع ذلك ، فإن تطور المشي في الأسماك أمر نادر الحدوث. هناك أكثر من 30000 نوع من الأسماك كما نعرفها اليوم (ليس بالمعنى التطوري) ، والتي يمكن لحفنة منها فقط “المشي”.

تختلف أسماك القروش عن الأنواع الأخرى من الأسماك بعدة طرق مهمة. على سبيل المثال ، تحتوي زعانفنا (أطرافنا) على دعامات عظمية وفصوص عضلية تسمح لنا بالتحرك على الأرض.

يُعتقد أن هذا التكيف كان حاسمًا لتطور رباعي الأرجل (البرمائيات والثدييات والزواحف والطيور) أثناء انتقالنا من الماء إلى الأرض في العصر الديفوني المتأخر ، منذ حوالي 375 مليون سنة. تم العثور أيضًا على العديد من الجينات المشاركة في تكوين الأطراف والأصابع في رباعيات الأرجل في ساركوبتيرجيات المربوطة بالمياه مثل سمكة الرئة ، مما يشير إلى أن هذه الصفات تطورت في سلفنا المشترك القديم.

لا نعرف أي نوع كان هذا السلف ، ولكن ربما بدا مشابهًا للكولاكانث ، الذي يمتلك سجلًا أحفوريًا غنيًا وهو “أحفورة حية” تسكن اليوم غرب المحيط الهندي وإندونيسيا.

أسماك ساركوبتريجيان التي تمشي إما منقرضة ، مثل Tiktaalik، أو متطورة للغاية لدرجة أننا لم نعد نتعرف عليها كأسماك (رباعيات الأرجل).

أحد الأمثلة على الأسماك الحية التي تمشي هو طائر النطاط (من عائلة Oxudercidae). تعيش هذه الأسماك في مستنقعات المنغروف ومسطحات المد والجزر وتستخدم زعانفها الصدرية للمشي على الأرض. تساعدهم هذه الزعانف على الهروب من الحيوانات المفترسة المائية ، والعلف للطعام (يستهلكون المواد العضوية في الوحل) ، وحتى يتفاعلون مع بعضهم البعض على الأرض من خلال إيجاد رفقاء.

مثال آخر هو سمك السلور المشي (كلارياس باتراكوس) ، والتي تستخدم زعانفها الصدرية للتنقل فوق اليابسة ، مما يساعدها على الهروب من تجفيف البرك وإيجاد موائل جديدة.

كيف تطورت الجينات المرتبطة بالمشي أولاً؟

التزلج الصغير (Leucoraja erinacea) هي سمكة غضروفية مرتبطة بأسماك الراي وأسماك القرش (على عكس الأسماك العظمية ، بما في ذلك ساركوبتيجيانس). إنها سمكة أخرى “تمشي” تحت الماء على زعانف مثل الأرجل ، محاكية حركات الحيوانات البرية.

تُعد الزلاجة الصغيرة ذات أهمية كبيرة للعلماء الباحثين في تطور الحركة لأنها طورت المشي القائم على الزعانف بشكل مستقل عن ساركوبتيجيانس. ومع ذلك ، حتى الآن ، كان من الصعب دراسة العوامل الوراثية وراء المشي على الحذاء الصغير بسبب نقص البيانات الجيدة.

تغير ذلك مؤخرًا عندما استخدم باحثون من سيول ونيويورك أحدث التقنيات لبناء مجموعة عالية الجودة من جينوم الزلاجة الصغيرة. اكتشف العلماء أنه يستخدم عشر عضلات فقط للمشي على أساس الزعانف ، بينما تستخدم رباعيات الأرجل عادة 50 عضلة لتحريك أطرافها.

السؤال الكبير حول تطور الفقاريات هو: ما الجينات المهمة لتطوير العضلات التي تمكّن المشي؟ لمعرفة ذلك ، نظر الفريق في الجينات النشطة في الأعصاب التي تتحكم في عضلات الأطراف (الأعصاب الحركية) في فأر ودجاجة ومتزلج صغير.

اكتشفوا أنماط تعبير جيني مماثلة في الأعصاب الحركية تساعد هذه العضلات على العمل. لذلك ربما يكون المشي على الأسماك قد اتخذ عدة مسارات تطورية مختلفة ، لكن هذه الدراسة الحديثة تشير إلى آلية وراثية مشتركة.

تطور البشر ليكونوا أفضل مشاة

بحلول نهاية العصر الترياسي منذ ما يقرب من 201 مليون سنة ، طورت كل من الديناصورات والثدييات قدرات تشغيل ممتازة. صقل البشر هذه القوى الحركية ، وطوروا العديد من التعديلات التي تجعلنا أحد أكثر الأنواع كفاءة وقدرة على هذا الكوكب.

تتضمن هذه التعديلات وتر العرقوب الذي يشبه الزنبرك والذي يساعد على تخزين الطاقة وخطوة طويلة ومركز ثقل متوازن والتعرق ليبرد. تسمح لنا هذه التعديلات بالركض لمسافات طويلة بقوة تحمل كبيرة ، وإن كان ذلك بسرعات بطيئة.

اعتاد أسلافنا الجري للصيد والهروب من الحيوانات المفترسة والبحث عن الطعام. لقد شكلت علم التشريح وعلم وظائف الأعضاء والثقافة لدينا. وتظهر العديد من الدراسات أن المشي والجري أمران أساسيان لرفاهيتنا وصحتنا البدنية.

لقد كان طريقًا طويلًا منذ نشأ المشي في أسلافنا الشبيهة بالسمك الذين استعمروا الأرض لأول مرة. لكن المشي والجري يظلان جزءًا أساسيًا من حياتنا ونجاحنا التطوري.