الحشرات المدهشة ومهاراتها الفريدة

• حشرات مذهلة ومهاراتها الخاصة

RED-ADMIRAL-BUTTERFLY.jpg

اليوم، نستكشف حياة الحشرات، وبعض القدرات المذهلة التي طورتها لتمكينها من الازدهار. سنستعرض: يرقات الذباب التي تستطيع تحمل ضغوط هائلة في بعض أعمق بحيرات العالم؛ يرقات الفراشات التي تتظاهر بأنها نملة للحصول على مأوى مجاني وطعام، وحتى يرقات النمل لتأكلها داخل أعشاش النمل، وأنظمة الرؤية الرائعة للدبابير التي تمكنها من التوجه بدقة نحو النزهات.

01:10 - حشرات الكاتيديد ومهاراتها السمعية الأسطورية

حشرات الكاتيديد ومهاراتها السمعية الأسطورية بيوتر ناسكريتسكي، جامعة هارفارد

نبدأ مع حشرات الكاتيديد. قد لا تكونوا قد سمعتم بها، لكن هذه الحشرات الشبيهة بالصراصير تمتلك آذاناً متطورة بشكل لا يصدق شبيهة بآذان الثدييات، تقع على أرجلها الأمامية لكنها متصلة بأجسادها بأنابيب تعمل شيئاً ما مثل أنابيب سماعة الطبيب، محولة الحشرة بأكملها إلى جهاز استماع. بيوتر ناسكريتسكي هو عالم حشرات يعمل في متحف علم الحيوان المقارن بجامعة هارفارد، وقد تحدث مع كريس سميث...

بيوتْر - إنها حشرة وثيقة الصلة بالجراد. الجميع يعرف كيف يبدو الجراد. لذا تخيل جرادة خضراء، أجنحتها أوسع قليلاً، والأهم من ذلك أن قرون استشعارها طويلة للغاية. إنها أطول بكثير من جسم الحشرة. ولكن تماماً مثل الجرادة، لديها أرجل خلفية للقفز. لديها أجزاء فموية قاضمة نموذجية مصممة لمضغ الأوراق والأعشاب، وأحياناً مضغ حشرات أخرى. كما أنها تصدر صوتاً تماماً مثل الجراد. الفرق الوحيد هو أنه بينما ينتج الجراد الصوت عن طريق حك أرجله الخلفية بأجنحته، تنتج حشرات الكاتيديد الصوت عن طريق حك أحد الجناحين بالآخر.

كريس - أين تعيش؟ إلى أين سأضطر للسفر لأجدها؟

بيوتْر - ما لم تكن تعيش في الدائرة القطبية الشمالية، فلن تضطر للسفر إلى أي مكان لأن حشرات الكاتيديد منتشرة في جميع أنحاء العالم. تُسمى فقط بأسماء مختلفة. على سبيل المثال، في المملكة المتحدة، تُسمى صراصير الشجيرات. وعادة ما ترتبط بالمناطق ذات الغطاء النباتي الغني، على الرغم من وجود كاتيديد تعيش في الصحراء أيضاً. لذا، في الأساس، أي موطن أرضي، أي منطقة من اليابسة، سيكون بها بعض أنواع الكاتيديد.

كريس - ومن المفترض أنهم إذا كانوا بارعين في إصدار الأصوات، فيجب أن يكونوا بارعين جداً في سماعها أيضاً.

بيوتْر - بالتأكيد. من المنطقي تماماً أنه إذا أصدرت صوتاً، فمن المحتمل أن تكون قادراً على سماعه أيضاً. لكن أول شيء يجب أن نقوله هو ما هي وظائف الصوت. وعندما نتحدث عن صوت حشرات الكاتيديد، والذي ينتج مرة أخرى عن طريق حك أجنحتها معاً، فإن وظيفته هي في الأساس نفس وظيفة نداء الطائر. لذا فإن الوظيفة الرئيسية للصوت الذي تنتجه الكاتيديد هي جذب الشركاء. نسمي هذا النوع من إنتاج الصوت 'نداء الإعلان'. وعادة ما يعلن الذكور عن أنفسهم للإناث. الوظيفة الثانية هي تحديد المنطقة. تماماً مثلما تعلن الطيور أن هذه الشجرة ملكي وهي مشغولة بالفعل، تفعل الكاتيديد نفس الشيء تماماً. وثالثاً، تستخدم الكاتيديد الصوت أيضاً في دفاعها الخاص. تخيل أنك طائر اصطاد هذه الحشرة اللذيذة المظهر وفجأة تبدأ هذه الحشرة في إصدار صوت صرير عالٍ مما يجعل المفترس غالباً يسقط فريسته ويمنح الكاتيديد فرصة للهروب.

كريس - وأين آذانها؟

بيوتْر - حسناً، من المثير للاهتمام أن حشرات الكاتيديد لديها في الواقع أربع آذان، وليس اثنتين فقط. تقع آذانها الرئيسية على أرجلها الأمامية. تبدو في الأساس كغشاءين صغيرين دائريين أو بيضاويين، لكنهما متصلان عبر أنابيب. تُسمى أنابيب قصبية (أنابيب هوائية) بزوج آخر من الفتحات التي تقع على جانب صدرها. أي فوق الساق الوسطى لتلك الحشرة. لذا عندما تضرب موجة صوتية جسم الكاتيديد، فإنها تدخل جسمها بالفعل عبر أربع فتحات مختلفة. والسبب في ذلك هو أنها تزيد من قدرة الحشرة على تحديد مصدر الصوت. إنها تحسن اكتشاف اتجاه الصوت.

كريس - أين هو عضو السمع الفعلي إذن؟ لأنه إذا فكرت في أذني، لدي الجزء المتدلي من الخارج، صيوان الأذن، والذي يعمل قليلاً كقمع. ثم هناك قناة الأذن، وهي أنبوب ينتهي بطبلة الأذن. وهذا هو المكان الذي يبدأ فيه الكشف حقاً. فأين الهيكل المكافئ في حشرة الكاتيديد؟

بيوتْر - في الكاتيديد، ما يعادل الأذن البشرية يقع على أرجلها الأمامية. ومثل الأذن البشرية تماماً، لديها أيضاً ذلك الجزء المتدلي، صيوان الأذن. في الواقع، لديها اثنان منهما على كل ساق. وهذا أيضاً أحد الآليات التي تحسن إدراك هذه النداءات عالية التردد، وخاصة صوت أعدائها الرئيسيين، وهي الخفافيش.

كريس - وهل تعمل آذانها، بين مزدوجين، بنفس طريقتي؟ أي هل لديها طبلة أذن، طبقة من الأنسجة تهتز مع تغيرات الضغط في الهواء، ثم تحول ذلك إلى إشارات عصبية، أم أنها تفعل ذلك بطريقة مختلفة؟

بيوتْر - تستخدم نفس المكونات. لذا، لديك غشاء يهتز، ويتم ترجمة تلك الإشارة بشكل أساسي إلى إشارة كهربائية يتم تفسيرها بعد ذلك بواسطة الجهاز العصبي. في الأذن البشرية، لدينا هذا الهيكل المسمى القوقعة الذي يشبه قوقعة حلزون صغيرة، وهذا هو الجزء من الأذن المسؤول عن تمييز الترددات المختلفة للصوت. وهيكل مماثل، وإن لم يكن ملتفاً بهذا الشكل، موجود أيضاً في أذن الكاتيديد. لذا فإن بنية أذن الكاتيديد تشبه إلى حد كبير بنية الأذن البشرية.

كريس - إنه لأمر مدهش أن نفكر في أن حشرة صغيرة تفعل الأشياء بنفس الطريقة التي تفعلها الحيوانات الأكبر والأكثر تعقيداً بكثير. أجد ذلك أمراً غير عادي حقاً. ولكن هل يمكنها السماع بنفس نطاق الترددات الذي أستطيع أنا سماعه، على سبيل المثال، أم يمكنها تجاوز ذلك؟

بيوتْر - يمكنها بالتأكيد تجاوز ذلك بكثير. حسناً، السبب الأول والأهم لسماعها هو أنها تتواصل باستخدام الصوت. لذا تحتاج الإناث إلى أن تكون قادرة على اكتشاف الذكر المنادي، ويجب أن يكون الذكر قادراً على اكتشاف أو سماع استجابة الأنثى. ولكن ثانياً، هذه هي آليتها الرئيسية لاكتشاف الأعداء المحتملين، مفترسيها. العدو الرئيسي للكاتيديد هو الخفافيش. تستخدم الخفافيش ترددات عالية جداً في آلية تعرف باسم تحديد الموقع بالصدى، حيث تصدر بشكل أساسي أصواتاً عالية النبرة ترتد عن الأجسام، ويخبر الصدى العائد من ذلك الصوت الخفاش عن المسافة وشكل الجسم. الآن، هذه، مرة أخرى، ترددات عالية لا يمكننا نحن البشر سماعها، لكن الكاتيديد تستطيع ذلك. لذا فإن أذن الكاتيديد يمكنها سماع على الأرجح جميع الترددات التي نستطيع سماعها بالإضافة إلى العديد والعديد غيرها وفوق ذلك. ومرة أخرى، ربما بأضعاف ما يمكننا إدراكه.

كريس - وقلت إنه نظراً لأنها أيضاً تجهز جسمها وتربط أنابيب القصبة الهوائية في أجسامها بهذه الآذان، فهل يعني ذلك أنها قادرة على تحديد مصدر الصوت ليس فقط من الجانب إلى الجانب، أو الأرجل الأمامية، أو الساق اليمنى، أو الساق اليسرى؟ هل يمكنها حقاً معرفة ما إذا كان الصوت قادماً من الخلف أيضاً؟

بيوتْر - على الأرجح، نعم. مرة أخرى، لأن لديها أربع فتحات في الجسم تستقبل إشارة الصوت، فإنها تعرف ما إذا كان الصوت قادماً ليس فقط من اليسار أو اليمين، ولكن أيضاً من الأمام أو من خلفها. وهذا مهم جداً لأنه إذا كنت تحلق ليلاً، فمن المحتمل أن يكون الخفاش خلفك يحاول اللحاق بك. لذا تحتاج إلى معرفة أنه قادم ليس فقط من اليسار أو اليمين، ولكن أيضاً من الخلف من اليسار أو من الأمام من الجانب الأيمن وهكذا. لذا نعم، إنها جيدة جداً في تحديد اتجاه الصوت القادم الذي يصل إلى جسمها.

08:36 - يرقات الذباب الغوّاصة في الأعماق

يرقات الذباب الغوّاصة في الأعماق إيفان ماكينزي، جامعة كولومبيا البريطانية

لعقود من الزمن، افترض العلماء أن الحشرات لا يمكن أن تصبح غواصة في أعماق البحار لأن أنابيبها التنفسية المليئة بالهواء ستنهار تحت ضغط الماء الشديد. لكن الباحثين اكتشفوا الآن أن يرقة ذبابة صغيرة تعيش في بحيرة ملاوي في أفريقيا تمتلك نوعاً من القدرة على السباحة التي نود جميعاً اكتسابها. كل يوم، تستخدم يرقة Chaoborus edulis أعضاء متخصصة مملوءة بالهواء للغوص إلى أعماق تصل إلى 200 متر، متفادية الأسماك الجائعة في هذه العملية. يستغرق أسرع عدائي العالم 19 ثانية لتغطية هذه المسافة. أعضاء يرقة الذباب - على عكس رياضيينا - ليست للتنفس، بل للتحكم في الطفو، وهي مبنية من بروتين مرن يسمح لها بالانثناء دون أن تسحق تحت الضغط. إنه أمر رائع للغاية. وقد تحدث إيفان ماكينزي من جامعة كولومبيا البريطانية مع كريس سميث عن كل هذا...

إيفان - هذه الحشرات موزعة في الواقع في جميع أنحاء العالم، وإذا وجدت نسخة بالغة، فإنها تبدو مثل البعوضة، ولكن ربما أصغر قليلاً. لكن مرحلة الحياة التي كنا ندرسها هي في الواقع مرحلة اليرقات، التي تعيش تحت الماء في البحيرات حول العالم، بما في ذلك بحيرة ملاوي. أساساً، هي نوع من الأنابيب الشفافة على شكل غواصة بدون أذرع أو أرجل تطفو ببساطة في الماء مع جهاز كبير لصيد الفرائس في مقدمة رأسها. لذا فهي تبدو تقريباً مثل يرقة ذات أسنان سيفية، كما يمكن القول، وهي مصنوعة من قرن الاستشعار المعدل هذا الذي تستخدمه لاصطياد الفرائس.

كريس - وماذا تأكل؟

إيفان - تأكل اللافقاريات الأصغر، مثل Daphnia أو براغيث الماء أو Copepods التي تتجول ببساطة بالقرب من فمها بما يكفي لتمسك بها.

كريس - وهل تتحول بعد ذلك، في مرحلة ما، إلى ذبابة بالغة وتغادر الماء؟

إيفان - هذا صحيح. لذا يمرون بمرحلة اليرقات بأكملها تحت الماء، ثم يصبحون خادرة أيضاً، حيث يقومون بتطوير أجزاء جسمهم البالغة. وبمجرد انتهاء تلك المرحلة، يصعدون إلى السطح ويكملون تحولهم ويصبحون بالغين طائرين.

كريس - ولكن ما الذي لفت انتباهك إليهم على وجه الخصوص في هذا العمل؟

إيفان - حسناً، هذا النوع المعين مثير للاهتمام لأنه كيرقات، يجب عليها الغوص عميقاً جداً في البحيرة. وبما أن بحيرة ملاوي عميقة جداً، فإن ذلك يطرح الكثير من التحديات أمام يرقات هذه الحشرات. فعندما تنزل في الماء، كل 10 أمتار تعادل في الواقع ضغطاً جوياً إضافياً من ضغط الماء. وإذا كان لديك أي فراغات هوائية صغيرة داخل جسمك، فقد يصبح ذلك مشكلة لأنها قد تنهار. وإذا كانت هي ما تعتمد عليه في طفوك أو لمنعك من الغرق، فقد تغرق إلى قاع البحيرة وتموت. لذا فإن هذه اليرقات لديها بعض التكيفات المثيرة للاهتمام ليس فقط للسماح لأكياسها الهوائية، التي تنظم طفوها وتمنعها من الغرق، والتي لا تمنعها من الانهيار فحسب، بل أيضاً تكيفات تسمح لهذه الأعضاء بمقاومة الضغوط الهيدروستاتيكية وتنظيم طفوها.

كريس - إذاً هذه اليرقات موجودة في الماء. كيف تتنفس وهي في الماء؟ هل هي مثل السمكة التي لديها خياشيم؟ أم أنها صغيرة جداً بحيث تكون على اتصال وثيق بما يكفي من الأكسجين في الماء ليتسرب إليها بالانتشار؟

إيفان - نقطتك الثانية صحيحة تماماً. إنها صغيرة بما يكفي للتنفس مباشرة عبر جلدها، وينتشر الأكسجين المذاب في الماء المحيط إليها ببساطة. وثاني أكسيد الكربون الذي ينتجه جسمها يمكن أن ينتشر إلى الخارج.

كريس - لماذا إذن يحتاجون للذهاب إلى قاع البحيرة؟ بحيرة ملاوي يجب أن تكون، كم، 200 متر عمقاً؟ إنها عميقة بشكل لا يصدق. لماذا قد يرغبون في النزول إلى هناك؟

إيفان - السبب الذي يجعلها تغوص هو حاجتها للهروب من مفترساتها من الأسماك. لذا فهي تغوص تحديداً إلى منطقة يوجد فيها القليل جداً من الأكسجين. ولهذه الفترة، تكون قادرة على الحصول على الطاقة التي تحتاجها لا هوائياً أو بدون أكسجين بطريقة لا تستطيع الأسماك فعلها. لذا تختبئ هناك أثناء النهار. لا تستطيع مفترساتها اللحاق بها. ونظراً لأنه خلال النهار، لو كانت في الطبقات الضحلة، فإن مفترسات الأسماك، التي تعتمد على الرؤية، ستتمكن من العثور عليها وأكلها.

كريس - وبمجرد الفضول، إيفان، كيف يعرفون أنهم غاصوا بالقدر الكافي؟ كيف يعرفون أنهم في النظام الصحيح لحدوث ذلك؟

إيفان - من المحتمل أن يكون ذلك بسبب قدرة استشعار كيميائية لديهم لاستشعار انخفاض الأكسجين أو أن الماء يصبح أيضاً أكثر حمضية قليلاً في تلك الأعماق، مما يخبر اليرقات، حسناً، لا أحتاج للذهاب أعمق من ذلك. البحيرة في الواقع أعمق بكثير من 250 متراً، وهو أعمق ما يذهبون إليه. لذا، إذا ذهبوا عن طريق الخطأ عميقاً جداً، فقد يتجاوز الضغط أنظمتهم التنفسية، مما يؤدي إلى انهيارها وغرق اليرقات.

كريس - حسناً. إذاً المشكلة هي أن لدينا اليرقات. تسبح إلى الأسفل، مستشعرة عبر آلية ما لتجاوز متناول مفترسيها. وتكمن هناك حتى تضطر للعودة للحصول على بعض الأكسجين والطعام وما إلى ذلك. فكيف تضمن إذن ألا تنهار أنظمة طفوها؟ لأنه تحت هذه الضغوط، 200 متر، وهذا يعني 20 ضغطاً جوياً، وهذا ضغط ساحق جداً على جميع الفراغات في جسمها مما يزيد كثافتها بشكل هائل ويجعلها تغرق كالحجر. إذن هذا لا يحدث. فكيف تمنع حدوث ذلك إذن؟

إيفان - لذا فهي تحافظ على هذه الفراغات المملوءة بالهواء داخل جسمها، نوعاً ما مثل مجموعة داخلية من أجنحة الماء، عن طريق جعل جدران أكياسها الهوائية أكثر سمكاً. لذا من الواضح أن هذا أفضل لتحمل الضغط، ولكن أيضاً عن طريق جعل قطرها أضيق. لذا من المحتمل أن يكون السباكون على دراية بالمبدأ القائل إنه لنفس الضغط المعطى الذي تتعامل معه، سيكون الأنبوب الأرق أكثر قدرة على تحمله بسهولة دون تمزق، حتى لنفس سمك الجدار. وهذا المبدأ نفسه يعمل هنا للسماح لليرقات بالحصول على أكياس هوائية لا تنهار. بالإضافة إلى ذلك، كنت أتحدث عن كيفية حاجتها إلى القدرة على تغيير الحجم لتنظيم طفوها، كما لو أنها ربما ترغب في الارتفاع عبر الماء أو السقوط. يفعلون ذلك عن طريق توسيع الهواء