چرا پستانداران خشکی که به دریا بازگشته اند آبشش تکامل نیافته اند؟

چرا تکامل آبشش ها را در پستانداران خشکی که به دریا بازگشته اند دوباره معرفی نکرده است؟

گراهام اسمیت ملبورن، استرالیا

تکامل نمی تواند در یک مرحله تغییرات اساسی ایجاد کند، مهم نیست که چقدر برای یک "طراح" منطقی به نظر می رسد (مانند افزودن آبشش به یک پستاندار دریایی). تکامل از طریق گام‌های کوچکی پیش می‌رود که هر کدام باید شانس بقای فرد را افزایش دهد. اگر ریه‌ها به اضافه آبشش‌ها مزیت قابل‌توجهی داشتند، احتمالا آبشش‌ها در طول انتقال به ریه‌ها حفظ می‌شدند.

این واقعیت که عملکرد آبشش در طول انتقال به حیوانات تنفس کننده هوا توسط تکامل حفظ نشد احتمالا به این دلیل است که کارایی انتقال اکسیژن از هوا به خون بسیار کارآمدتر از انتقال اکسیژن از آب به خون است. نرخ بالاتر دریافت اکسیژن متابولیسم بسیار بالاتری را در حیوانات تنفسی امکان پذیر می کند، و این اکسیژن اضافی به حیوانات سریع (فک ها)، مغزهای بسیار پیچیده تر (دلفین ها) و بدن بسیار بزرگتر (نهنگ ها) اجازه می دهد.

تکامل از تاکتیک بسیار ساده‌تری استفاده کرد: راه‌هایی ابداع کرد که به حیوانات اجازه می‌داد برای مدت طولانی‌تری زیر آب بمانند

بعید است که آبشش ها بتوانند از هر حیوان خون گرمی حمایت کنند، زیرا سرعت انتقال اکسیژن تا حدی با غلظت اکسیژن در مایع اطراف تعیین می شود که حدود 7 قسمت در میلیون در آب و 210000 قسمت در میلیون در هوا است.

هرمان دی هاند سیدنی، استرالیا

همه اینها به دلیل یک واقعیت ساده در مورد تکامل است: آن چیزی است که از قبل وجود داشته است، و ترجیح می دهد راه آسان و کم هزینه را در پیش بگیرد.

مثانه های شنا به ماهی ها اجازه می دهد تا بدون زحمت در اعماق مختلف شناور شوند. ماهی های استخوانی مثانه شنای خود را از اجدادی که از کیسه های هوا استفاده می کردند ساخته اند. در محیط هایی که اکسیژن کمبود داشت، ماهی ها هوا را در آن کیسه ها می بلعیدند. برخی از ماهی ها مانند مارماهی هنوز آنها را دارند. کوسه ها قبل از پیدایش کیسه های هوایی پدید آمده اند و از این رو مثانه شنا ندارند.

بعد از اینکه ماهی ها شروع به بلعیدن هوا کردند، مری آنها به تدریج گشاد شد تا اینکه تبدیل به کیسه هوا شد. که به نوبه خود، پس از آن اصلاح شد تا به مثانه شنا تبدیل شود. توالی پیشرفت تدریجی را نشان می دهد که تکامل از آن برای ساختن اندام های جدید استفاده می کند. حیوانات خشکی ریه های خود را از همان کیسه های هوایی توسعه دادند. این (نسبتا) آسان بود: فقط کیسه ها را اصلاح کنید تا بتوانند اکسیژن را به خون جذب کنند.

با این حال، تبدیل ریه‌ها به آبشش‌هایی که می‌توانند آب را از طریق آن‌ها عبور دهند، بسیار دشوار است و مراحل میانی ممکن است به یک بن‌بست تکاملی منجر شود. همین استدلال‌ها مانع از ایجاد آبشش‌های کاملا جدید می‌شود، مگر اینکه برخی از اندام‌های موجود را بتوان به آنها تبدیل کرد. در عوض، تکامل از یک تاکتیک بسیار ساده‌تر استفاده کرد: راه‌هایی ابداع کرد که به حیوانات اجازه می‌دهد برای مدت طولانی‌تری زیر آب بمانند، و حتی برخی از آنها بدون غرق شدن در آنجا بخوابند.

توجه داشته باشید که سایر حیوانات خشکی که به آب بازگشته اند، مانند ایکتیوسورها، آبشش هم ایجاد نکردند: همه آنها ریه های خود را حفظ کردند.

این بدان معناست که ایجاد آبشش، چه از ریه یا ex nihilo (از هیچ) در واقع دشوار است.

برای پاسخ به این سوال - یا سوال جدیدی بپرسید - به lastword@newscientist.com ایمیل بزنید.

سؤالات باید جستارهای علمی در مورد پدیده های روزمره باشد و سؤالات و پاسخ ها باید مختصر باشد. ما حق ویرایش موارد را برای وضوح و سبک برای خود محفوظ می داریم. لطفا آدرس پستی، شماره تلفن روزانه و آدرس ایمیل را وارد کنید.

استفاده از ابزارهای هوش مصنوعی (مانند ChatGPT، Claude) برای نوشتن سؤال یا پاسخ ممنوع است و هرگونه ارسالی که با استفاده از ابزارهای هوش مصنوعی نوشته شده باشد، پس گرفته خواهد شد.

شرایط و ضوابط اعمال می شود.