كيف يتنفس قنديل البحر بدون اكسجين

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 أثبتت أن هذه الوصفة صحيحة حتى الآن

قنديل البحر

يعد قنديل البحر، أو Scyphozoans، كائنا لا يمتلك هياكل مخصصة للتنفس أو الدورة الدموية، ومع ذلك يحتاجون للأكسجين مثل أي كائن آخر، ولديهم العديد من التكيفات الفسيولوجية التي تسمح لهم بامتصاص الأكسجين وتخزينه، مما يسمح لهم بالبقاء في ظروف منخفضة الأكسجين 

التنفس عند قنديل البحر

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

• يتعلق التنفس بالعملية التي يستخدمها الكائن الحي للحصول على الأكسجين.
• قد يتضمن ذلك التنفس أو تحريك الماء فوق الخياشيم.
• يمكن اعتبار استخدام الأكسجين على المستوى الخلوي أيضًا تنفسًا، وتسمى أحيانًا “التنفس الخلوي” لتجنب الخلط.

تحتوي قناديل البحر على أنسجة رقيقة يمكنها الحصول على معظم الأكسجين اللازم لها عن طريق الانتشار دون الحاجة إلى أي طريقة محددة للتنفس أو أجهزة للتنفس.

تشريح قنديل البحر

تتميز أنسجة قناديل البحر بالرقة، مما يجعل من السهل على الأكسجين التوزيع في خلاياها.

تشير إلى أنها تتألف من طبقة خارجية من الأنسجة تسمى البشرة، وطبقة داخلية من الأنسجة تسمى gastrodermis، وتبطنهما طبقتان من الأنسجة الشبيهة بالهلام المرن تسمى mesoglea.

تتكون mesoglea من مادة غير حية تفرزها الأنسجة الحية ولا تتطلب الأكسجين نفسه، وهذا يعني أن أنسجة قناديل البحر تحتاج إلى كمية قليلة 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.

تستطيع المواد الغير حية من الهلام تخزين الأكسجين داخل الأنسجة الحية، وهذا يسمح لقناديل البحر بالاستفادة من البيئات الفقيرة بالأكسجين كمصدر للغذاء عندما لا تستطيع الحيوانات الأخرى العيش في تلك الظروف.

الخلايا الحية الموجودة بالقنديل

عندما فحص الباحثون الحمض النووي داخل نواة المخلوق أو القنديل، وجدوا أن بعض الجينات التي تدعم نمو الميتوكوندريا عادة ما تكون مفقودة أو متحولة، وهذا يدعم فرضية أن H. salminicola تخلصت بشكل كبير من بنية معالجة الأكسجين.

يشتبه الفريق بأن السمة الغريبة في H. salminicola هي نتيجة لأسلوب حياته المتطرف الذي يتضمن التناوب بين مضيفين – الأسماك والديدان – في بيئتين تفتقر كلتاهما إلى الهواء النقي بشكل كبير.

يبدو أن بعض الكائنات الحية الأحادية الخلية التي تعيش في بيئات منخفضة الأكسجين قد فقدت الميتوكوندريا أيضًا، ومع ذلك، يعد H. salminicola أول كائن حي متعدد الخلايا تم تأكيد خلوه منالميتوكوندريا، وهذا إنجاز كبير في مجال الأبحاث العلمية.

جينوم الميتوكوندريا 

ظهرت الميتوكوندريا، المعروفة باسم `قوة الخلية`، قبل حوالي 1.45 مليار سنة في مكان غير معروف كبداية، وابتلعت خلية أصغر تحتوي على نواة بكتيرية.

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.

على الرغم من أن هناك كائنات معروفة قادرة على التكيف والازدهار في بيئة منخفضة الأكسجينن، إلا أن هذه الدراسة لم توضح ما إذا كانت هناك حيوانات لا تستخدم الأكسجين، وهذا السؤال الصعب والغريب لم يتم الإجابة عليه بشكل نهائي حتى الآن.

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 اكتشفت طريقة أخرى للتكيف والعيش، لذا قامت بإلغاء جينوم الميتوكوندريا الخاص بها تماما، وذلك لتوفير الطاقة وليس لتكرار الجينات وتوقفت عن التنفس

صرحت دوروثي هوتشون، مديرة البحث وعضو هيئة التدريس في كلية علوم الحياة بكلية علم الحيوان في جامعة تاو، في بيان نُشر على موقع الجامعة على الإنترنت بأن “التنفس الهوائي لا يحدث في الجميع الحيوانات كما كان يُعتقد سابقًا.

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.

ومع ذلك، لم يتم تأكيد الاكتشاف جينيًا، على عكس ما حدث مع H. salminicola، وفقًا لمجلة New Scientist، وبالتالي قد يحتاج الباحثون في كلا الحالتين إلى إعادة التفكير في مفهوم المتطلبات المعقدة للحياة

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.”