كيفية إنشاء ثديي في تسعة خطوات تطورية

لقد عرف علماء الحفريات لعقود أن الثدييات نشأت من مجموعة أوسع ومتنوعة من المخلوقات تُسمى السينابسيدات. كانت أولى السينابسيدات التي ظهرت قبل حوالي 306 مليون سنة صغيرة وشبيهة بالسحالي، ولكن يمكن تمييزها بفتحة واحدة في جمجمتها خلف تجويف العين. (لدينا نسخة معدلة من هذه الفتحة، وهي المسافة بين عظمة الخد وجمجمتك حيث يمر من خلالها أحد عضلات إغلاق الفك.) ومع ذلك، هناك فجوة تطورية كبيرة بين السينابسيد البدائي الشبيه بالسحالي والثدييات الحديثة مثلنا. ستأخذك القائمة التالية عبر تسعة من التحولات التطورية الأساسية التي سمحت للثدييات بالازدهار من عصر الديناصورات حتى هذه اللحظة.

<>

مجموعة أدوات الأسنان

تتمتع معظم الثدييات بمجموعة أدوات أسنان تتكون من أسنان بأشكال مختلفة. في أفواهنا، على سبيل المثال، لدينا القواطع للعض، وأسنان الكلاب للاختراق، والضواحك والأضراس لسحق وطحن الطعام. هذه التنوع يسمح للثدييات بالتعامل مع مجموعة كبيرة من الأطعمة والاستفادة القصوى من وجباتنا، سواء كان ذئبًا يعض على آخر عضلة من ساق الأيل أو فيلًا يمضغ العشب.

يمكن لعلماء الحفريات رؤية بدايات هذا التمايز في السيناپسيات التي تزيد عمرها عن 295 مليون سنة. على الرغم من مظهره الشبيه بالسحلية، إلا أن Dimetrodon ذو الظهر الشراعي كان سينابسيًا ومرتبطًا بنا بشكل أقرب من أي ديناصور أو زاحف قديم آخر. وغالبًا ما تُسمى هذه السيناپسيات التي تسبق الثدييات بـ “الثدييات الأولية” حيث أن تشريحها مهد الطريق لما ستصبح عليه الثدييات في النهاية. Dimetrodon على وجه الخصوص، يوضح تحولًا مبكرًا في الأسنان الذي ستتبناه الثدييات لاحقًا بشكل متطرف. اسم هذا اللاحم القديم يعني “مقياسين من الأسنان”، في إشارة إلى الفرق الواضح بين الأسنان الكبيرة والثاقبة في موضع الأسنان الكلابية والأسنان الأصغر خلفها على طول الفك. هذا الفرق هو بداية ما يسميه علماء التشريح بالتنوع السني، أو وجود أسنان بأشكال مختلفة في مواضع فك مختلفة. تختلف هذه الحالة عن معظم الزواحف، التي هي أحادية الأسنان ولديها أسنان بحجم وشكل متشابهين على طول فكوكها. بينما كانت السيناپسيات المبكرة تتغذى على النباتات والحيوانات في عالمها، تحولت الأسنان الأساسية، المخروطية الشكل، إلى تخصصات تغذية مختلفة. في النهاية، أصبحت أسنان الثدييات متنوعة جدًا في الشكل ومميزة لدرجة أن علماء الحفريات غالبًا ما يميزون بين نوع وآخر بناءً على تفاصيل أسنانهم.

الأضلاع المفقودة منذ زمن طويل

قصة الثدييات ليست مجرد اكتساب ميزات جديدة. بعض الصفات القديمة فقدت وكان لها تأثير كبير على تطور الثدييات. واحدة من الخسائر المهمة بين أسلاف الثدييات كانت الغاستراليا، أو الأضلاع البطنية.

كانت الكائنات الحية المبكرة من فئة السناصيب مثل Ophiacodon تمتلك أضلاعًا رفيعة تمتد على بطونها بين أكتافها ووركيها. كانت السناصيب في ذلك الوقت تتمدد بأرجلها إلى الجانبين، مثل السحالي، لذا كانت أضلاع البطن توفر بعض الحماية الإضافية من الأرض الوعرة. ومع ذلك، ومع استمرار تطور السناصيب خلال فترة البرمي، فقدت أضلاع البطن. لم يكن لدى كائنات مثل أسلافنا من السيناودون، وكذلك الغورغونوبسيان ذو الأسنان السيفية، أضلاع بطن. بدلاً من ذلك، كانت الأعضاء مثل القلب والرئتين محاطة بقفص الأضلاع، وكانت الأعضاء السفلية، مثل المعدة والأمعاء، محصورة في تجويف الجسم والعضلات المحيطة. على الرغم من أن هذا التغيير ترك الثدييات الأولية أكثر عرضة للإصابة في منطقة البطن، إلا أن هذا التحول أتاح المزيد من المرونة في وضعيات أكثر استقامة مع مرونة أفضل في الحركة لأعلى ولأسفل.

<>

سقف جديد في الفم

منذ أن زحفت المخلوقات السمكية من المستنقعات لتجر نفسها عبر اليابسة، كانت مشكلة التنفس أثناء الأكل قائمة. بين تلك المخلوقات المبكرة، لم يكن هناك فاصل بين الأنف والحلق داخل الفم. كانت هناك تجويف كبير يؤدي إلى الحنجرة والبلعوم المرتبتين عن كثب، واللتين تُستخدمان للتنفس والبلع. إذا كانت رباعيات الأطراف المبكرة تملأ أفواهها، فإن التنفس في نفس الوقت سيكون تحديًا.

تطورت السناقصات حلاً تشريحياً لهذه المشكلة، وقاموا بذلك أكثر من مرة. تطورت عدة مجموعات من السناقصات سقف ثانوي خلال العصر البرمي، أو رف من العظم يفصل بين الأنف والفم والحنجرة. إذا ألصقت لسانك بسقف فمك، فهذا هو السقف الثانوي. سمح الفصل للسناقصات المفترسة، على وجه الخصوص، بقدرتها على اصطياد الفرائس والتغذية بينما لا تزال تتنفس من خلال أنوفها، مما أتاح لها الصيد والأكل بشكل أكثر كفاءة من أسلافها. من بين المجموعات التي كانت تحتوي على سقف ثانوي كانت السناقصات الشبيهة بالراكون، مثل النوع الثلاثي Thrinaxodon، التي نقلت السقف الثانوي إلى نسلها من الثدييات.

أذن مليئة بالفك

واحدة من السمات الرئيسية التي تجعل الثدييات ما هي عليه ليست شيئًا يمكن رؤيته بسهولة من الخارج، بل مخبأة داخل الأذن. كانت أولى السيناپسيدات، مثل الزواحف، تمتلك فكوكًا سفلية تتكون من عدة عظام مختلفة. خلف الفك السفلي الذي يحمل الأسنان، كانت هناك عدة عظام أخرى متداخلة مثل قطع الأحجية تؤدي إلى مفصل الفك. ومع مرور الوقت، تغيرت فكوك السيناپسيدات. توسع الفك السفلي ليصبح كامل الفك السفلي، وهو عظم واحد يمنح السيناپسيدات عضات أقوى. يرى علماء الحفريات هذا التغيير في بعض الثدييات المبكرة مثل Morganucodon الصغيرة الشبيهة بالشrews. في الوقت نفسه، أصبحت عظام الفك الأقرب إلى الجزء الخلفي من الفك أصغر ومتخصصة لنقل الاهتزازات إلى الأذن، مما يحسن من سمع السيناپسيدات. العظمين السندان والمالئ والركاب في أذننا الداخلية هي بقايا هذه العظام الفكية القديمة. بحلول الجزء المبكر من العصر الجوراسي، قبل حوالي 191 مليون سنة، كانت للثدييات آذان حساسة للغاية ساعدتها في التنقل في عالم مليء بالديناصورات.

<>

الفراء والشعيرات

تعتبر الحفريات التي تحتفظ بتغطية جسم البروتوثدييات نادرة. الأمثلة القليلة التي وجدها علماء الحفريات حتى الآن تشير إلى أن السيناپيدات المبكرة كانت تمتلك جلدًا مقشرًا يشبه جلد الزواحف، الذي تطور في النهاية إلى جلد أملس وناعم خلال حقبة البرمي. السؤال هو: متى تطورت السيناپيدات لتصبح ذات فرو.

بغض النظر عن العمر، فإن معظم حفريات السيناپسيد والثدييات لا تُوجد مع أي مؤشرات على مدى زغبها. لكن هناك بعض الأدلة حول متى بدأت الفراء والشعيرات تصبح مهمة للسيناپسيد. الشعيرات هي شكل معدّل من الشعر، وهذه الشعيرات الحساسة ترسل الكثير من المعلومات إلى الدماغ. من خلال النظر إلى نسب أدمغة الثدييات البدائية [[LINK6]] وأوائل الثدييات [[LINK6]]، اكتشف علماء الحفريات أن أسلاف الثدييات كانت تمتلك الفراء والشعيرات منذ حوالي 240 مليون سنة. يتزامن هذا التوقيت مع فترة انتشار الزواحف، مما قد يشير إلى أن وجود غلاف فراء عازل وشعيرات تساعد في التوجيه في الظلام قد سمح للثدييات بأن تصبح أكثر نشاطًا ليلاً والازدهار بحجم صغير مع بدء العصر الوسيط.

<>

عظام العين اختفت

لا تحتوي الثدييات على عظام في عيونها، ولكن بعض أسلافنا وأقاربنا كانت لديهم. تمامًا مثل العديد من الزواحف والطيور اليوم، كانت لدى السينا بسات الأولية حلقة من العظام الرقيقة داخل العين تُعرف باسم الحلقة الصلبة. ما تفعله هذه العظام لا يزال غامضًا. يفترض علماء التشريح أن العظام هي مواقع ارتباط للعضلات التي تساعد الحيوانات على تغيير مسافات الرؤية المختلفة، أو ربما تساعد في دعم العين خلال التغيرات في الضغط مثل الغوص في الأعماق أو الطيران على ارتفاعات عالية. ومع ذلك، عندما ظهرت السينا بسات السينية، مجموعة متنوعة من السينا بسات الشبيهة بالعارضة، إلى جانب أقدم الثدييات خلال العصر الترياسي، فقدت الحلقات الصلبة. يفترض علماء الحفريات أن التصغير التطوري للثدييات المبكرة قد يكون له علاقة بالتحول، حيث لم تكن الأدوار الداعمة للحلقة الصلبة ضرورية بأحجام أصغر. مهما حدث، لا داعي للثدييات للقلق بشأن احتمال كسر عظمة في العين.

تغيرات وضعيات المشي

ديمنتودون وغيرها من الثدييات الأولية كانت بطونها قريبة من الأرض. كانت هذه السينا بسيادات تتحرك تقريبًا مثل السحالي المراقبة أو التماسيح، حيث كانت أجسامها تنحني من جانب إلى آخر أثناء المشي. وعلى الرغم من أن هذه السينا بسيادات المبكرة كانت قادرة على الانفجارات السريعة، إلا أنها لم تكن سريعة بشكل خاص وافتقرت إلى التحمل الذي يُرى في العديد من الثدييات اليوم. خلال العصر البرمي، بدأت بعض مجموعات السينا بسيادات تتطور لتبني أوضاع جسمية أكثر اعتدالًا. أخذت أطرافها شكلًا أكثر عمودياً، مما رفع الجسم أعلى عن الأرض وحوّل الحركة إلى حركات عمودية للعمود الفقري بدلاً من الحركات الجانبية. الوقوف بشكل أطول، وفقدان الغشاء البطني، سمح للثدييات الأولية وأسلاف الثدييات بالحركة بشكل أسرع وأكثر كفاءة، وبحث أفضل عن الغذاء والهروب من الحيوانات المفترسة المحتملة. تطورت الساينودونات، بشكل خاص، لتصبح أكثر وأكثر اعتدالًا خلال العصر الترياسي، مما مهد الطريق لطريقة حركة الثدييات اليوم.

<>

نمو الثدييات المدعوم بالحليب

الثدييات ليست الكائنات الوحيدة التي تصنع الحليب، ولكنها سمة تعريفية لنا مثل عظام الأذن الداخلية الغريبة لدينا. حتى خلد الماء الذي يضع البيض يصنع الحليب، حيث يخرج المادة الغنية بالبروتين من غدد على بطنه. الأسئلة التي تواجه علماء الحفريات هي كيف ومتى تطور الحليب بين الثدييات. بعض الخبراء يضعون الأصل حول ظهور السيناكسيات. ربما، مع اعتاد الثدييات الأولية الشبيهة بالسحالي على الحياة على اليابسة، كانت تُخرج مادة غنية بالبروتين من بطونها للحفاظ على رطوبة بيضها على اليابسة الجافة. مع مرور الوقت، تغيّر السائل واكتسب استخدامات جديدة، حيث غذّى الصغار الذين فقسوا من البيض أو وُلِدوا أحياء لمساعدتهم على النمو أسرع. سيكون هناك حاجة إلى مزيد من الأدلة الأحفورية للتحقيق واختبار هذه الأفكار، ولكن الأدلة من الثدييات الجوراسية تشير إلى أنهم كانوا يصنعون الحليب ويُفطمون صغارهم سريعة النمو.

حقوق الصورة الرئيسية: رسم توضيحي بواسطة إميلي لانكيويتز / ديمتري بوغدانوف عبر ويكبيديا بموجب CC By-SA 3.0 / [[LINK13]]ДиБгд في ويكبيديا الروسية / الملكية العامة [[LINK13]][[LINK14]] [[LINK14]]/ ДиБгд عبر ويكبيديا بموجب CC By-SA 4.0 / FunkMonk (مايكل ب. هـ.) عبر ويكبيديا بموجب CC By-SA 3.0 / الملكية العامة

احصل على أحدث قصص العلوم في بريدك الوارد.