אילוצים אבולוציוניים

מוצלחים אבל קטנים

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 לממדים ענקיים, אפילו עצומים במקרה של הלווייתנים. למעשה, רוב החולייתנים, אפילו הקטנים שבהם, גדולים יותר מפרוקי הרגליים הגדולים ביותר. מהם האילוצים האבולוציוניים המגבילים את גודל גופם של פרוקי הרגליים?

מגבלה ראשונה: החוזק והמשקל של השלד החיצוני

אם נגדיל נמלה פי שניים ופי ארבעה נגלה כי כשהיא גדלה מעט מהירותה מואטת, אבל מעל גודל מסוים רגליה פשוט לא יכולות לשאת אותה. מדוע?

הסיבה לכך היא שכאשר הגוף גדל פי שניים, הנפח גדל פי שמונה! במילים אחרות, המשקל גדל בקצב גדול בהרבה מקצב הגידול בגודל הגוף. המשקל שהרגל יכולה לשאת תלוי ברוחבה ובעובי הדפנות שלה. כך, שגם אם הגדלנו את רוחב הרגליים פי שניים, חוזק הרגליים הוכפל פי ארבעה, אבל הן צריכות לשאת משקל גוף הכבד פי שמונה. כלומר, ככל שמידות הגוף גדלות, חוזק הרגליים גדל בקצב מהיר יותר, אך משקל הגוף גדל בקצב מהיר עוד יותר. בשלב מסוים יכביד משקל הגוף על הרגליים מעבר ליכולתן לשאת אותו, ובעל החיים יקרוס.

שלד חיצוני עבה וחזק יותר פירושו גם שלד חיצוני כבד יותר. כדי להחזיק אותו ולהניעו יידרשו שרירים חזקים יותר. אולם השרירים אינם יכולים להתפתח בקצב שיתחרה עם המשקל הנוסף שהשלד החיצוני העבה והחזק יוצר. פרוק רגליים יבשתי עם רגלים עבות מאוד וחזקות מאוד שלא יקרסו, לא יוכל לזוז כי שריריו לא יהיו חזקים דיים. לכן, הפיזיקה של השלד החיצוני מגבילה את התפתחותם של פרוקי רגליים גדולים.

מגבלה שנייה: הצורך להתנשל

השלד החיצוני הנוקשה של פרוקי הרגליים מקנה להם הגנה והוא גם שאפשר התפתחות מגוון התאמות של גפיים. 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, על פרוקי הרגליים לעבור מדי פעם שלב עדין של הסרת השלד החיצוני הישן והתרחבות הגוף למידה גדולה יותר לפני שהשלד החיצוני החדש מתקשה. תהליך זה מכונה התנשלות.

בפרק הזמן שעובר בין הסרת השלד הקשיח ועד התקשחות השלד החדש בעל החיים נתון לסכנות רבות. זה נכון גם לבעלי חיים קטנים וגם לבעלי חיים גדולים. אבל, בעל חיים גדול ללא שלד נוקשה, חיצוני או פנימי, יתעוות, יתקשה לנוע, ויש לו סיכוי טוב לסיים את חייו כארוחה של מישהו אחר. לכן, ליצורים שמתנשלים יש יתרון אבולוציוני כאשר הם קטנים יחסית.

 מגבלה שלישית: נשימה

כל פרוקי הרגליים מתנשלים ולכולם יש שלד חיצוני – שני גורמים שמגבילים את גודלם של כל פרוקי הרגליים היבשתיים. לחרקים יש מגבלה נוספת, שנובעת מהאופן שבו הם נושמים. בעוד שסרטנים נושמים דרך זימים ועכבישים נושמים דרך ריאות ספר, חרקים נושמים בצורה אחרת. הם מקבלים חמצן בפעפוע (דיפוזיה) דרך צינורות שנקראים טרכיאות.

לחרקים אין ריאות וההמולימפה (נוזל הגוף, בדומה לדם שלנו) שלהם לא נושאת חמצן. תאי החרקים מקבלים חמצן בפעפוע מהאוויר שמגיע דרך רשת הטרכיאות.

פעפוע עובד נהדר במרחקים קצרים, אך ככל שהמרחק שעל מולקולות החמצן לעבור גדול יותר, הן נעות באיטיות רבה יותר. לכן, ככל שהחרק גדול יותר, תאיו יקבלו חמצן בקצב איטי יותר. מעבר לגודל מסוים, החמצן לא יצליח לקיים את החרק.

האבולוציה יצרה מגוון עצום של מינים והתאמות. עם זאת, האבולוציה היא לא כוח מכוון, וההתאמות מוגבלות על ידי חוקים פיזיקליים, על ידי התורשה ועל ידי הסביבה. במקרה של פרוקי הרגליים, השלד החיצוני – התאמה מוצלחת לתמיכה בגוף, להגנה ולמניעת איבוד מים – כמו גם מערכת הנשימה שלהם, יצרו גם מגבלות אבולוציוניות, וחשוב לזכור שהאבולוציה יכולה לעבוד רק עם התכונות המורשות.