10:34
המוזיאון סגור עכשיו
הפתיחה הבאה 30.01.2023 10:00
הדפסהשיתוף

אילוצים אבולוציוניים

השלד החיצוני הקשיח יצר אילוצים אבולוציוניים המגבילים את הגודל הפיזי

עובד מתוך University of California Museum of Paleontology's Understanding Evolution | פורסם ב-29 דצמבר 2020

השלד החיצוני הקשיח, שירשו פרוקי הרגליים מהאב הקדמון המשותף, יצר אילוצים אבולוציוניים המגבילים את גודלם הפיזי.

פרוקי הרגליים מצליחים מאוד בהרבה תחומים: משך קיומם על פני כדור הארץ, מספר הפרטים, מספר המינים ומגוון המינים. עם זאת, יש תחומים שבהם הם לא הראשונים. החולייתנים משיגים אותם לפחות בהיבט אחד: הגודל!
חולייתנים הגיעו למימדים ענקיים, עצומים אפילו במקרה של הלווייתנים. אבל, למעשה, רוב החולייתנים, אפילו הקטנים שבהם, גדולים יותר מפרוק הרגליים הגדול ביותר.
השלד החיצוני הקשיח שירשו פרוקי הרגליים מאביהם הקדמון פתח בפניהם הזדמנויות רבות, אך גם יצר אילוצים אבולוציוניים על גודלם.

התנשלות
השלד החיצוני הנוקשה של פרוקי הרגליים מקנה להם הגנה ומאפשר את מגוון הגפיים שהתפתחו לכלי עבודה רבים ושונים. אבל לשלד החיצוני יש גם חיסרון. מכיוון שהוא קשה ושכבתו החיצונית אינה חיה, הוא אינו יכול לגדול באופן הדרגתי כפי שהשלד הפנימי שלנו גדל. במקום זאת, פרוקי הרגליים צריכים לעבור שלב עדין של הסרת שלד חיצוני ישן והתרחבות למידה גדולה יותר לפני שהשלד החיצוני החדש מתקשה. תהליך זה מכונה התנשלות.
לעבור שלב שבו אין לך שלד חיצוני קשיח יכול להיות גם מסוכן לבעל חיים גדול יותר מאשר לקטן. על פי חוקי הפיזיקה, בעל חיים גדול ללא שלד נוקשה, חיצוני או פנימי, יתעוות, יתקשה לנוע ועשוי לסיים את חייו כארוחה של מישהו אחר. לכן, הברירה הטבעית תפעל נגד בעל חיים גדול שצריך להתמודד עם כל כך הרבה אתגרים כשהוא מתנשל.

סרטן הקוקוס ענקי יחסית ומשקלו יכול להגיע עד 5 ק"ג. עבורו, התנשלות היא התחייבות משמעותית. הוא עשוי לבלות חודש שלם במחילה עמוקה בעודו מסיר מעליו את השלד החיצוני הקטן הישן וממתין לשלד החיצוני החדש שיתקשה.

סרטן הקוקוס ענקי יחסית ומשקלו יכול להגיע עד 5 ק"ג. עבורו, התנשלות היא התחייבות משמעותית. הוא עשוי לבלות חודש שלם במחילה עמוקה בעודו מסיר מעליו את השלד החיצוני הקטן הישן וממתין לשלד החיצוני החדש שיתקשה

חוזק השלד החיצוני
ההתנשלות מגבילה את הגודל של פרוקי הרגליים, אך זהו לא האילוץ היחיד.
חשבו רגע על נמלה: אם נגדיל נמלה פי 2 ופי 4, נגלה כי כשהיא גדלה מעט מהירותה מואטת, אבל מעל גודל מסוים רגליה פשוט לא תוכלנה לשאת אותה. מדוע?
הסיבה לכך היא שכאשר הגודל גדל פי שניים, הנפח גדל פי 8! במילים אחרות, המשקל גדל בקצב הרבה יותר גבוה מקצב הגידול בנפח. מצד שני, המשקל שהרגל יכולה לשאת תלוי ברוחבה ובעובי דפנותיה. כך, שגם אם הגדלנו את רוחב הרגליים פי 2, חוזק הרגליים הוכפל פי 4, אבל הן צריכות לשאת פי 8 משקל הגוף. ככל שמידות הגוף גדלות, חוזק הרגליים גדל בקצב מהיר יותר, אך משקל הגוף גדל בקצב מהיר עוד יותר. בשלב מסוים משקל הגוף יכביד על הרגליים מעבר ליכולתן לשאת אותו, ובעל החיים יקרוס.
הדמיה: הגדלה של נמלה
האם יש פתרון לבעיה הזו? האם תיתכן התפתחות של שלד חיצוני חזק יותר או רגליים חזקות יותר? לצערם של פרוקי הרגליים, התשובה היא לא…
שלד חיצוני עבה וחזק יותר פירושו גם שלד חיצוני כבד יותר. כדי להחזיק ולהניע אותו יידרשו שרירים חזקים יותר. לרוע המזל, השרירים אינם יכולים להתפתח בקצב שיתחרה עם המשקל הנוסף שהשלד החיצוני העבה והחזק יוצר. פרוק רגליים יבשתי עם רגליים עבות וחזקות מאוד, שלא תקרוסנה, לא יוכל לזוז כי לא יהיה לו כוח שרירים לעשות זאת. כך, הפיזיקה של השלד החיצוני מגבילה את ההתפתחות של פרוקי רגליים גדולים.

נשימה באמצעות טרכאות – מגבלה נוספת
כל פרוקי הרגליים מתנשלים ולכולם יש שלד חיצוני – שני גורמים שמגבילים את גודלם של בעלי חיים יבשתיים. לחרקים יש מגבלה נוספת שנובעת מהאופן שבו הם נושמים. בעוד שסרטנים נושמים באמצעות זימים ועכבישים באמצעות דרך ריאות ספר, החרקים קולטים חמצן בפעפוע (דיפוזיה) דרך מערכת צינורות דקים שנקראים טרכיאות.
פעפוע עובד נהדר במרחקים קצרים. אולם עקב חוקי הפיזיקה, כל שהמרחק שמולקולות החמצן צריכות לעבור גדול יותר, כך הן נעות באיטיות רבה יותר. לכן, ככל שהחרק גדול יותר, תאי גופו חמצן בקצב איטי יותר. מעבר לגודל מסוים, החרק לא יוכל לקלוט די חמצן לקיומו.
מערכת הנשימה בחגבים

להרחבה בנושא

כל הזכויות שמורות למוזיאון הטבע ע"ש שטיינהרדט
אזור תוכן, לקיצור דרך לחצ/י כפתור ALT + z
Silence is Golden