بدون اكسجين.. تعرف عاى كيفية تنفس قنديل البحر

عندما يحين الوقت لدراسة أي حيوان ، تتبادر إلى الذهن بعض المكونات الأساسية وهي الجزيئات المحتوية على الكربون لبناء الجسم، ومقدار من الماء ، وذلك لخفض المواد الغذائية والحد من إهدارها ؛ والأكسجين لتشغيل عمل كل خلية بالشكل الفعال وهكذا يتم تحليل الحيوانات والكائنات عبر آلاف السنين ، من النحل الطنان إلى الحيتان الزرقاء ، وجميع الدراسات أثبت أن هذه الوصفة صحيحة حتى الآن.

قنديل البحر، أو Scyphozoans ، ليس لديهم أي هياكل مخصصة سواء للتنفس أو للدورة الدموية، ومع ذلك  ما زالوا بحاجة إلى الأكسجين  كأي كائن أخر ولديهم العديد من التكيفات الفسيولوجية التي تسمح لهم بامتصاص الأكسجين، وحتى القدرة على تخزينه، مما يسمح لقناديل البحر بالبقاء في ظروف منخفضة الأكسجين. 

التنفس عند قنديل البحر

يمكن أن تشير كلمة التنفس إلى عمليتين مختلفتين، العملية الأولى:

• يمكن أن يقصد بالتنفس العملية التي يستخدمها الكائن الحي للحصول على الأكسجين.
• ويمكن أن يشمل ذلك التنفس أو تحريك الماء فوق الخياشيم.
• ويمكن اعتبار عملية استخدام الأكسجين على المستوى الخلوي أيضًا التنفس ، وتسمى أحيانًا “التنفس الخلوي” لتجنب الارتباك.

تحتوي قناديل البحر على أنسجة رقيقة يمكنها الحصول على معظم الأكسجين الذي تحتاجه من الانتشار دون أي نوع محدد من طرق التنفس وأجهزته.

تشريح قنديل البحر

الأنسجة الرقيقة في قنديل البحر تجعل من السهل على الأكسجين الانتشار في خلاياهم.

تتكون أجسامها من طبقة خارجية من الأنسجة ، تسمى البشرة ، وطبقة داخلية من الأنسجة ، تسمى gastrodermis ، والتي تبطن من داخلهم طبقتان من الأنسجة شطيرة مادة مرنة تشبه الهلام ، تسمى mesoglea.

ويتكون mesoglea من مادة غير حية تفرزها الأنسجة الحية ولا تتطلب الأكسجين نفسه، وهذا يعني أن أنسجة قنديل البحر تتطلب القليل جدًا من الأكسجين.

التجويف المعوي لدى قنديل البحر

على عكس البشر ، فإن قناديل البحر لديها أمعاء ذات اتجاهين، وهذا يعني أنهم يأخذون الطعام ويهضمونه ويطردونه من خلال الفتحة نفسها، تسمى المساحة الداخلية للأمعاء داخل التجويف المعوي، ويزيد شكل coelenteron من نسبة المساحة إلى حجم الجلد والأمعاء ويحسن من انتشار الأكسجين، ويضمن أن الطبقة الداخلية من الأنسجة تحصل على الأكسجين الذي تحتاجه.

المادة الهلامية بقنديل البحر

على الرغم من افتقارها إلى الجهاز التنفسي أو الدورة الدموية ، إلا أنها يمكن أن تزدهر في المياه منخفضة الأكسجين، وفي حين أن القناديل لديهم نسيجًا رقيقًا ينشر الأكسجين بسهولة ولا يتطلب سوى القليل للبقاء في المقام الأول ، فإن هذه المادة الهلامية تساهم أيضًا في تحملها للبيئات الفقيرة بالأكسجين.

ويمكن للمواد غير الحية من الهلام تعمل على تخزين الأكسجين داخل الأنسجة الحية، وهذا يسمح لقناديل البحر باستغلال بيئات فقيرة بالأكسجين في الغذاء عندما لا تستطيع الحيوانات الأخرى التعايش مع ذلك.

الخلايا الحية الموجودة بالقنديل

عندما قام الباحثون بعد ذلك بفحص الحمض النووي في نواة المخلوق أو القنديل، وجدوا أن بعض الجينات التي تدعم نمو الميتوكوندريا عادة ما تكون مفقودة أو متحولة ، مما يدعم فكرة أن H. salminicola فقد تخلصت في الغالب من بنية معالجة الأكسجين.

ويشتبه الفريق في أن هذه السمة الغريبة هي نتاج أسلوب حياة H. salminicola المتطرف، والذي ينطوي على التناوب بين مضيفين – الأسماك والديدان – كلا البيئتين يفتقران إلى وفرة من الهواء النقي.

موضوع يهمك : "شذوذ المناخ" يمكن أن يؤدي إلى توقف ثوران الينابيع الحارة

يبدو أن بعض الكائنات الحية وحيدة الخلية التي تعيش في بيئات منخفضة الأكسجين فقدت الميتوكوندريا أيضًا ، ولكن H. salminicola هو أول مخلوق متعدد الخلايا وتم تأكيده لإدارة هذا الإنجاز.

جينوم الميتوكوندريا 

ظهرت الميتوكوندريا – التي تذكر باسم “قوة الخلية” – منذ ما يقرب من حوالي 1.45 مليار سنة في مكان ما غير معلوم كبداية ، وابتلعت خلية تحتوي على نواة من بكتيريا أصغر.

واستمدت الخلية والبكتيريا فائدة متبادلة من وجود كل منهما للآخر في أعماق البحار، واستمرت قدرتها على البقاء بهذه الطريقة، وفي عملية تسمى التحمل الداخلي، ثم تطورت معًا بالإضافة إلى تحول البكتيريا المبتلعة في النهاية إلى عضيات الخلية وهذا ما يسمى الميتوكوندريا.

ويساعد وجود الميتوكوندريا في تسخير الأكسجين وتكسيره للحصول على الطاقة، ثم اتخذت الحياة منعطفا آخر على عكس البكتيريا التي تحتوي جميع الخلايا الحقيقية فيها على  الميتوكوندريا، وتحتوي كل خلية في كل نبات أو حيوان على الميتوكوندريا  التي تولد الوقود أو الطاقة للخلية لحرقها والحصول على الطاقة. 

كيفية امتصاص الخلايا للاكسجين

يشير نقص الميتوكوندريا إلى أن الحيوان لا يستخدم الأكسجين للتنفس، حيث لا توجد عضيات أو جهاز تنفس أو عملية أخرى في الخلية قادرة على تحطيمها وليس من المعروف تمامًا كيف يحصل المخلوق (الطفيلي) أو القنديل على الطاقة، ولكن خمن العلماء أنه يفعل ذلك عن طريق امتصاص الجزيئات من سمك السلمون التي تنتج الطاقة بالفعل.

وهناك كائنات معروفة تكيفت للازدهار في بيئة منخفضة الأكسجين ولكن حتى هذه الدراسة لم تستدل على ما إذا كان هناك حيوانات لا تستخدم الأكسجين وكان سؤالًا صعباً وغريباً لم تتم الإجابة عليه بحسم حتى الأن. 

الطفيلي Henneguya salminicola

هو نبات ميكوزوان – وهو نوع من الحيوانات المتعلقة بقناديل البحر والشعاب المرجانية، ويتكون من أقل من 10 خلايا متسببة في وجوده، ويعيش داخل عضلات سمك السلمون ويتخلص من الطاقة من مضيفه، ولكنها ليست طفيليًا ضارًا – يمكنها أن تعيش حياة السمكة بأكملها من داخلها، والبيئة داخل مضيفها خالية تقريبًا من الأكسجين.

هذا يعني أنها لم تعد بحاجة إلى الميتوكوندريا بعد أن وجدت طريقة أخرى للتكيف، والعيش، لذا فقد أسقط جينوم الميتوكوندريا الخاص به بالكامل ، وذلك لتوفير الطاقة وليس نسخ الجينات للتكاثر، وتوقف عن التنفس.

وقالت دوروثي هوتشون ، مديرة البحث وكلية علوم الحياة في كلية علم الحيوان بجامعة تاو ، في بيان تم تحميله على موقع الجامعة على الإنترنت: “كان يُعتقد أن التنفس الهوائي في كل مكان في الحيوانات ، لكننا أكدنا الآن أن الأمر ليس كذلك”.

وتشير دراسة أخرى واحدة على الأقل إلى أن H. salminicola قد يكون له قريبًا شريك في وجوده الخالي من الأكسجين، وفي عام 2010 ، أفاد فريق من الباحثين في إيطاليا أن حيوانات loriciferans – الحيوانات الصغيرة التي تعيش في رواسب أعماق البحار – يبدو أنها تفتقر إلى الميتوكوندريا عند عرضها تحت المجهر.

ولكن الاكتشاف لم يتم تأكيده جينيًا ، كما كان H. salminicola ، وفقًا لـ New Scientist. في كلتا الحالتين ، قد يحتاج الباحثون إلى إعادة التفكير في متطلبات الحياة المعقدة.

حتى الاكتشاف الجديد ، كان هناك جدل حول إمكانية بقاء الكائنات الحية التي تنتمي إلى مملكة الحيوان في البيئات اللاهوائية، واستند افتراض أن جميع الحيوانات تتنفس الأكسجين ، من بين أمور أخرى ، إلى حقيقة أن الحيوانات كائنات متعددة الخلايا ومتطورة للغاية ، والتي ظهرت لأول مرة على الأرض عندما ارتفعت مستويات الأكسجين.

يقول الأستاذ هوتشون: “لم يتضح لنا بعد كيف يولد الطفيل الطاقة”، “قد يكون سحبه من خلايا الأسماك المحيطة ، أو قد يكون له نوع مختلف من التنفس مثل التنفس الخالي من الأكسجين ، والذي يميز عادة الكائنات اللاهوائية غير الحيوانية.” وبحسب البروفيسور هوشون ، فإن هذا الاكتشاف يحمل أهمية كبيرة للبحث التطوري.

واختتمت قائلة: “يعتقد عمومًا أنه أثناء التطور ، تصبح الكائنات الحية أكثر تعقيدًا ، وأن الكائنات الحية البسيطة وحيدة الخلية أو قليلة الخلايا هي أسلاف الكائنات الحية المعقدة”. “ولكن هنا أمامنا مباشرة ، حيوان له عملية تطورية عكس ذلك. فله القدرة على العيش في بيئة خالية من الأكسجين ، فقد ألقى جينات غير ضرورية مسؤولة عن التنفس الهوائي وأصبح كائنًا أكثر بساطة.”