آیا واقعا وجود حیوانی که «نفس آتشین» داشته باشد ممکن است؟

فرادید: در سرزمین خیالی وِستِروس در داستان «بازی تاج و تخت» جورج آر. آر. مارتین، منظره اژدهایان آتشین‌نفس مخاطبان را از طریق آمیزه‌ای از اسطوره و فانتزی مجذوب خود می‌کند. اما تماشای این صحنه‌ها شاید برای بعضی از ما یک کنجکاوی علمی هم ایجاد کند. آیا اژدهایان می‌توانستند واقعاً وجود داشته باشند؟ به عبارت دیگر چه مکانیسم‌های بیولوژیکی و واکنش‌های شیمیایی در دنیای واقعی وجود دارد که می‌تواند نفس یک جانور را به آتش تبدیل کند؟

ابتدا یک خلاصه مربوط به درس شیمی را مرور کنیم: برای مشتعل کردن و حفظ شعله، به سه جزء نیاز داریم: سوخت، عامل اکسیدکننده (معمولاً اکسیژن موجود در هوا) و منبع گرما برای شروع و حفظ احتراق.

 بیایید با سوخت شروع کنیم. متان می‌تواند یک گزینه باشد. حیوانات آن را در طول هضم تولید می‌کنند. تصاویر وستروس نشان می‌دهند اژدهایان مشتاق خوردن گوسفند هستند. با این حال، این اژدهایان با سوخت متانی که دارند باید رژیم غذایی و سیستم گوارشی بیشتر شبیه گاو داشته باشند تا بتوانند گاز کافی برای سوزاندن یک شهر تولید کنند.

همچنین مشکل ذخیره‌سازی مقادیر کافی گاز متان وجود دارد. یک سیلندر متان معمولی ممکن است برای فشار ۱۵۰ اتمسفر درجه‌بندی شود، در حالی که یک روده متورم فقط می‌تواند کمی بیش از یک اتمسفر را تحمل کند. بنابراین ذخیره گاز در فشار بالا در حیوانات غیردریایی هیچ مبنای بیولوژیکی ندارد.

گزینه بهتر یک مایع است. اتانول می‌تواند یک گزینه باشد. شاید اژدهایان خمره‌ای از مخمر تخمیر را در روده خود داشتند یا سیستمی متابولیکی شبیه به نوعی ماهی که در چشمه‌های آب گرم در نوادای ایالات متحده زندگی می‌کند. در شرایط کم‌اکسیژن، تنفس این ماهی‌ها به شکلی تغییر می‌کند که اتانول تولید می‌کند.

با این حال، ذخیره‌سازی این بار هم مشکل است. اتانول به سرعت از غشاهای بیولوژیکی عبور می‌کند، بنابراین نگه داشتن آن در غلظت‌های بالا و آماده جایگیر شدن در خزانه آتش اژدها نیاز به شرایط بسیار عجیب و غریبی دارد.

بنابراین، اگر برای یافتن توضیح قابل‌قبول به زیست‌شناسی دنیای واقعی پایبند بمانیم، گزینه ترجیحی چیزیست که بیشتر مبتنی بر روغن باشد. شاید شما هم شاهد آتش گرفتن تصادفی ماهیتابه حاوی روغن بوده‌اید که می‌تواند منبع شعله‌های خروشان باشد. یک مبنای بیولوژیکی برای آن در مرغ باران بدبو وجود دارد. 

این پرندگان روغن معده غنی از انرژی تولید می‌کنند که برای تغذیه جوجه‌هایشان، آن را بالا می‌آورند. این روغن به عنوان یک بازدارنده نیز عمل می‌کند. وقتی مرغ‌های باران بدبو احساس خطر کنند، این روغن چسبنده و بدبو را روی شکارچیان استفراغ می‌کنند. البته خوشبختانه، این مرغان دریایی هنوز راهی برای مشتعل کردن استفراغ خود نیافته‌اند!

تغذیه شعله‌های آتش

حالا که منبع سوخت را داریم، بیایید توجه‌مان را به عامل اکسیدکننده معطوف کنیم. مانند بیشتر آتش‌سوزی‌ها، این عامل به احتمال زیاد اکسیژن خواهد بود. با این حال، هوای اطراف برای تولید فورانی از روغن شعله‌ور تحت فشار به قدر کافی داغ برای ذوب کردن یک تخت آهنی، به چیزی بیش از اکسیژن نیاز دارد و آن چیز باید به خوبی با سوخت مخلوط شود. هرقدر اکسیژن بهتر باشد، شعله گرمتر می‌شود. 

یک اژدها می‌تواند شیمی مورد استفاده‌ی سوسک بمب‌افکن را بکار بگیرد. در این حشره، مخازنی تکامل یافته است که برای ذخیره پِراُکسید هیدروژن سازگار شده‌اند. وقتی سوسک بمب‌افکن احساس خطر کند، پراکسید هیدروژن را به دهلیزی می‌فشارد که حاوی آنزیم‌هایی است که به سرعت پراکسید هیدروژن را به آب و اکسیژن تجزیه می‌کنند. 

این یک واکنش گرماده است که انرژی را به محیط اطراف منتقل می‌کند و در این مورد، دمای مخلوط را تقریباً تا نقطه جوش بالا می‌برد. این واکنش به قدری تهاجمی است که گاهی اوقات از آن برای حرکت دادن موشک استفاده می‌شود. افزایش فشار ناشی از تولید سریع اکسیژن و آب جوش، مخلوط مهلکی را از دریچه‌ای در شکم سوسک خارج کرده و به سمت طعمه یا عامل خطر پرتاب می‌کند. 

این واکنش اگر توسط یک اژدها به کار گرفته شود، چند ویژگی خوب دارد: سبب ایجاد فشار بالای مورد نیاز برای به حرکت درآوردن جتی با سوخت روغنی می‌شود، واکنش گرمازا سبب گرم شدن روغن‌ها می‌شود و آن‌ها را برای احتراق آماده‌تر می‌کند و مهمتر از همه، اکسیژنی تولید می‌کند که واکنش احتراق را هدایت می‌کند. 

تنها چیزی که اژدها به آن نیاز دارد نوعی معادل بیولوژیکی از کاربراتور موتور بنزینی است تا روغن را با اکسیژن مخلوط کرده و ترکیبی انفجاری ایجاد کند. مخلوط فوران‌کننده احتمالاً غبار ریزی از قطرات روغن مانند یک ایروسل تشکیل می‌دهد که بسیار بهتر مشتعل می‌شوند. 

جرقه

در نهایت، به یک جرقه نیاز است تا مخلوط مشتعل شود. مثلا می‌توان در نظر گرفت که یک اندام الکتریکی شبیه به آن چیزی که در بسیاری از ماهی‌ها، به‌ویژه مارماهی‌های الکتریکی یافت می‌شود در اژدهایان تکامل یافته که می‌تواند پالس‌های کوتاهی تا ۶۰۰ ولت تولید کند که به راحتی برای ایجاد جرقه در یک شکاف هوایی کوتاه کافی هستند. اگر این جرقه‌ها از مجاری پشت دهان اژدها خارج شوند، می‌توانند جت پرفشار روغن و اکسیژن را مشتعل کنند. 

بنابراین با این که ما هرگز خارج از قلمرو داستان، اژدهایی نخواهیم دید که سیل‌هایی از شعله‌های آتش به راه بیندازد، اما می‌توانیم وجود نوعی حیوان که بتواند واقعا از دهانش آتش بیرون بدمد را به لحاظ علمی «ممکن» تصور کنیم.