چگونه ماهی‌ها توانایی راه ‌رفتن پیدا کردند

برترین‌ها: وقتی به تکامل انسان فکر می‌کنید، به احتمال زیاد شامپانزه‌ها را در حال کاوش در جنگل‌های باستانی یا انسان‌های اولیه را در حالی تصور کنید که ماموت‌های پشمالو را روی دیواره‌ غارها نقاشی می‌کنند اما ما انسان‌ها، خرس‌ها، مارمولک‌ها، مرغ‌های مگس‌خوار و تیرانوسوروس رکس‌ها در واقع ماهی‌های باله‌داریم.

کانورسیشن می‌نویسد: ممکن است عجیب به نظر برسد اما در ژن‌ها، آناتومی و فسیل‌های ما شواهدی وجود دارد که نشان می‌دهد ما به گروهی از حیوانات به نام گوشتی‌بالگان (sarcopterygians) ساکن خشکی تعلق داریم اما تغییرات تکاملی گسترده ظاهر ما را پنهان کرده است.

ما ماهی‌ها را به عنوان شناگران ماهر در نظر می‌گیریم، اما در واقع توانایی «راه رفتن» در آن‌ها دست‌کم پنج بار تکامل یافته است. برخی از گونه‌ها با استفاده از باله‌های جلویی به‌خوبی توسعه‌یافته خود را به جلو می‌کشند، در حالی که برخی دیگر کف اقیانوس «راه می‌روند».

اجداد گوشتی‌باله ما قبل از ورود به زمین، ریه‌ها و سایر سازوکارهای تنفس هوا، اندام‌های استخوانی و ستون فقرات قوی‌تری را تکامل بخشیده‌اند. این سازگاری‌ها نه تنها در محیط‌های آبی فایده داشتند، بلکه به اجداد ما اجازه دادند زمین را کشف کنند؛ آن‌ها «پیش‌سازگاری‌هایی» برای زندگی در خشکی بودند.

انتقال از آب به خشکی یکی از مهم‌ترین رویدادها در تکامل مهره‌داران بود و شاید به عنوان راهی برای فرار از دست شکارچیان شروع شد، منظره‌ای که اجداد ما کشف کردند، صحنه‌ای سرشار از گیاهان مانند خزه‌ها، دم‌اسبی‌ها، سرخس‌ها و همچنین بندپایان (هزارپا) بود که میلیون‌ها سال قبل در زمین ساکن شده بودند.

ما تنها نیستیم

راه رفتن به طور مستقل چندین بار در ماهی تکامل یافت و آن را به نمونه‌ای از همگرایی تکاملی تبدیل کرد (ویژگی‌های مشابهی که به طور مستقل تکامل می‌یابند، مانند بال در خفاش‌ها و پرندگان) اگرچه تکامل راه رفتن در ماهی نادر است، امروزه بیش از ۳۰ هزار گونه ماهی می‌شناسیم (نه به معنای تکاملی) که فقط تعداد انگشت‌شماری از آن‌ها می‌توانند «راه بروند».

گوشتی‌بالگان از چند جهت مهم با انواع دیگر ماهی‌ها متفاوت‌اند. به عنوان مثال، باله‌های ما (اندام‌هایمان) دارای تکیه‌گاه‌های استخوانی و لوب‌های عضلانی‌اند که به ما اجازه می‌دهند در خشکی حرکت کنیم.

کانورسیشن می‌افزاید: چنین تصور می‌شود که این سازگاری برای تکامل چهارپایان (دوزیستان، پستانداران، خزندگان و پرندگان) در طول انتقال ما از آب به خشکی در اواخر دوره دونین، حدود ۳۷۵ میلیون سال پیش، حیاتی بوده است. بسیاری از ژن‌های دخیل در تشکیل اندام‌ها در چهارپایان در ماهی‌های تاب‌ساختی مانند ماهی ریه نیز یافت می‌شوند که نشان می‌دهد این ویژگی‌ها در جد مشترک باستانی ما تکامل یافته‌اند.

ما نمی‌دانیم که این جد کدام گونه بوده، اما احتمالا شبیه به کولاکانت است که سابقه فسیلی غنی دارد و یک «فسیل زنده» به حساب می‌آید که امروزه در اقیانوس هند غربی و اندونزی ساکن است.

ماهی‌های گوشتی‌بالگان راه‌رونده یا مانند تیک‌تالیک (Tiktaalik) منقرض شده‌ یا آن قدر تکامل یافته‌اند که دیگر آن‌ها را به‌عنوان ماهی نمی‌شناسیم (چهارپایان).

یکی از نمونه‌های ماهی زنده‌ای که راه می‌رود، گِل‌خورک است. این ماهی‌ها در باتلاق‌های مانگرو و مناطق جزرومدی زندگی می‌کند و از باله سینه‌ای خود برای راه رفتن در خشکی استفاده می‌کنند. این باله‌ به آن‌ها کمک می‌کند از دست شکارچیان آبزی فرار کنند، به دنبال غذا باشند (مواد آلی را در گل مصرف می‌کنند) و حتی با یافتن جفت در خشکی با یکدیگر رابطه برقرار می‌کنند.

مثال دیگر گربه‌ماهی راه‌رونده (Clarias batrachus) است که از باله‌های سینه‌ای خود برای رفتن به خشکی استفاده می‌کند تا از حوضچه‌های در حال خشک‌ شدن فرار کند و زیستگاه‌های جدیدی بیاید.

چگونه ژن‌های مرتبط با راه رفتن ابتدا تکامل یافتند؟

اسکیت کوچک (Leucoraja erinacea) یک ماهی غضروفی است که به پرتوها و کوسه‌ها مربوط می‌شود (بر خلاف ماهی‌های استخوانی از جمله سارکوپتریژها). این ماهی دیگری است که زیر آب روی باله‌هایی مانند پا راه می‌رود و حرکات حیوانات زمینی را تقلید می‌کند.

اسکیت کوچک بسیار موردتوجه دانشمندانی است که درباره تکامل حرکت تحقیق می‌کنند؛ زیرا راه رفتن مبتنی بر باله را مستقل از گوشتی‌بالگان تکامل داده است. با این حال به دلیل کمبود داده‌های باکیفیت، تاکنون بررسی ژنتیکی راه رفتن اسکیت کوچک دشوار بود.

این موضوع اخیرا زمانی تغییر کرد که محققان سئول و نیویورک از فناوری پیشرفته برای ساخت مجموعه‌ای با کیفیت بالا از ژنوم اسکیت کوچک استفاده کردند. دانشمندان کشف کردند که این ماهی فقط از ۱۰ ماهیچه برای راه رفتن بر پایه باله استفاده می‌کند؛ در حالی که چهارپایان معمولا ۵۰ ماهیچه را برای حرکت اندام‌های خود به کار می‌برند.

یک سوال بزرگ در مورد تکامل مهره‌داران این است: برای رشد ماهیچه‌هایی که راه رفتن را امکان‌پذیر می‌کنند، چه ژن‌هایی مهم‌اند؟ برای کشف این موضوع، این تیم بررسی کردند کدام ژن‌ها در اعصابی که عضلات اندام (اعصاب حرکتی) را در موش، مرغ و اسکیت کوچک کنترل می‌کنند، فعال‌اند.

آن‌ها الگوهای بیان ژن مشابهی را در اعصاب حرکتی کشف کردند که به عملکرد این عضلات کمک می‌کند. بنابراین پیاده‌روی ماهی ممکن است چندین مسیر تکاملی مختلف را طی کرده باشد اما این مطالعه اخیر یک سازوکار ژنتیکی مشترک را نشان می‌دهد.

انسان‌ها تکامل یافته‌اند تا بهترین راه‌رونده باشند

در پایان دوره تریاس، تقریبا ۱.۲ میلیون سال پیش، دایناسورها و پستانداران هر دو توانایی دویدن بسیار خوبی داشتند. انسان‌ها این قدرت‌های حرکتی را اصلاح و سازگاری‌های متعددی ایجاد کردند که ما را به یکی از کارآمدترین و تواناترین گونه‌های دویدن روی این سیاره تبدیل می‌کند.

این سازگاری‌ها شامل تاندون آشیل فنری است که به ذخیره انرژی، گام بلند و مرکز ثقل متعادل و تعریق برای خنک شدن کمک می‌کند. این سازگاری‌ها به ما اجازه می‌دهند مسافت‌های طولانی را هرچند با سرعت کم اما با استقامت بسیار بالا بدویم.

اجداد ما از دویدن برای شکار، فرار از شکارچیان و جست‌وجوی علوفه استفاده می‌کردند. آناتومی فیزیولوژی و فرهنگ ما را شکل داده و بسیاری از مطالعات نشان می‌دهند که پیاده‌روی و دویدن برای بهداشت و سلامت جسمانی ما بسیار مهم‌اند.

از مبدا راه رفتن از زمانی که اجداد ماهی‌مانند ما برای اولین بار در زمین ساکن شدند، راه درازی طی شده اما راه رفتن و دویدن بخش اصلی زندگی و موفقیت تکاملی ما است.