العنكبوت الذي يعيش تحت الماء: كيف يتحول جرس الغوص إلى خياشيم فعلية
تعيش معظم العناكب على اليابسة. أما نوع «أرجيرونيتا أكواتيكا» (Argyroneta aquatica ) فقد سلك مسارًا تطوريًّا مختلفًا بشكل لافت للنظر.
يُعرف هذا العنكبوت الصغير، الذي يُطلق عليه عادةً اسم «عنكبوت الجرس الغواص» أو «عنكبوت الماء»، بأنه يقضي معظم حياته تحت الماء. ومع ذلك، وعلى عكس الأسماك والعديد من الحيوانات المائية الأخرى، فإنه لا يمتلك خياشيم. ولا يزال يعتمد على الأكسجين الموجود في الغلاف الجوي، ويجب عليه أن يتنفس الهواء.
ويُعد الحل الذي يتبعه هذا الحيوان من أكثر التكيفات غرابةً بين الحيوانات التي تتنفس الهواء: فهو يبني غرفةً تحت الماء من الحرير، ويملؤها بالهواء من السطح، ويستخدم «جرس الغوص» الناتج عن ذلك كمسكن وكخياشيم فعلية في آن واحد.
عنكبوت يتنفس الهواء ويعيش تحت الماء
تعيش شبكة أرجيرونيتا المائية (Argyroneta aquatica) في بيئات المياه العذبة، ولا سيما البرك والبحيرات والقنوات وغيرها من المسطحات المائية التي تكون مياهها هادئة نسبيًّا أو بطيئة الجريان وتحتوي على نباتات مائية.
على الرغم من تكيفها الشديد مع الحياة المائية، إلا أن جهازها التنفسي يظل في جوهره جهاز العنكبوت الذي يتنفس الهواء.
وهذا يثير مشكلة واضحة. فالبقاء تحت الماء يتطلب إمدادًا مستمرًا بالأكسجين.
بدلاً من تطوير خياشيم تشريحية، يتلاعب العنكبوت ببيئته.
بين النباتات المغمورة بالمياه، تنسج العنكبوتة قطعة من الحرير تشكل جرسًا تحت الماء. ثم تتجه العنكبوتة إلى السطح لتجمع الهواء.
تساعد الشعيرات المقاومة للماء التي تغطي جسمه على احتجاز طبقة من الهواء. ويحمل العنكبوت هذا الهواء إلى ما تحت السطح، ثم يطلقه أسفل البنية الحريرية. ومن خلال تكرار هذه العملية، يقوم بتضخيم الحجرة تدريجيًا.
تشبه النتيجة جرس غوص صغير تحت الماء.
لكن تخزين الهواء ليس سوى جزء من القصة.
جرس غوص قادر على استخلاص الأكسجين من الماء
اكتشف الباحثون الذين يدرسون نوع Argyroneta aquatica أن الحجرة الهوائية تؤدي وظيفة فيزيائية أكثر تعقيدًا بكثير من مجرد توفير خزان للهواء الجوي.
وهي تعمل كما يسميه العلماء «خياشيم فيزيائية».
مع استهلاك العنكبوت للأكسجين داخل الجرس، ينخفض الضغط الجزئي للأكسجين داخل الحجرة. وعندئذٍ يمكن للأكسجين المذاب في الماء المحيط أن ينتشر عبر السطح الفاصل بين الماء والهواء المحبوس.
في الواقع، يمكن للمياه المحيطة بالجرس أن تعوض جزءًا من الأكسجين الذي تستهلكه العنكبوتة.
بحث نُشر في مجلة «Journal of Experimental Biology» درس هذه العملية باستخدام أجهزة قياس حساسة للأكسجين. ووجد الباحثون أن جرس الغوص يمكنه الحصول على جزء كبير من احتياجات العنكبوت من الأكسجين من المياه المحيطة.
وهذا يتيح للعنكبوت البقاء مغمورًا لفترة أطول بكثير مما كان ممكنًا لو اعتمد فقط على الأكسجين الأصلي الذي جلبه معه من السطح.
ليس إمدادًا غير محدود بالأكسجين
تتميز جرس الغوص بفعالية ملحوظة، لكنه لا يشكل بيئة تحت الماء قادرة على الاستمرار ذاتيًا بشكل دائم.
وفي حين أن الأكسجين يمكن أن ينتشر من المياه المحيطة إلى داخل الجرس، فإن الغازات الأخرى تتحرك أيضًا بين الهواء المحبوس والمياه.
ينتشر النيتروجين تدريجيًا خارج الجرس، مما يؤدي إلى انخفاض حجمه بمرور الوقت. وفي النهاية، يضطر العنكبوت إلى العودة إلى السطح لجلب المزيد من الهواء.
ومع ذلك، أظهرت التجارب أن العناكب ذات الأجراس الغوصية يمكنها البقاء داخل أجراسها لفترات طويلة دون الحاجة إلى الصعود إلى السطح بشكل متكرر. وفي ظل الظروف التجريبية، بقي بعضها مغمورًا تحت الماء لأكثر من يوم قبل أن تحتاج إلى تجديد الهواء داخل الحجرة.
قد توفر هذه القدرة ميزة أخرى.
قد تؤدي الرحلات المتكررة إلى السطح إلى تعريض العنكبوت لخطر المفترسين أو الكشف عن موقعه. وتسمح له الخياشيم الفعالة بالبقاء مختبئًا تحت الماء لفترات أطول بكثير.
أكثر من مجرد خزان هواء تحت الماء
إن وصف هذا الهيكل بأنه خزان هواء تحت الماء لا يعبر تمامًا عما بنته العنكبوتة.
تحتوي الأسطوانة التقليدية على كمية محدودة من غاز التنفس. أما جرس الغوص، فيتفاعل باستمرار مع الماء المحيط به.
تسمح الواجهة الفاصلة بين الهواء المحبوس والمياه المحيطة له بالغازات بالتحرك وفقًا للاختلافات في ضغوطها الجزئية.
ولهذا السبب يصف الباحثون هذه البنية بأنها خياشيم مادية وليس مجرد مخزن للهواء.
تتكرر مبادئ فيزيائية مماثلة في بعض الحشرات المائية التي تحمل فقاعات هواء تحت الماء، لكن عنكبوت الجرس الغواص يذهب بهذه الاستراتيجية إلى أبعد من ذلك بكثير من خلال بناء حجرة حريرية دائمة وكبيرة نسبيًا.
يوفر الحرير الهيكل الذي يحافظ على جيب الهواء بين النباتات المائية، في حين تتيح السطح الفاصل بين الهواء والماء تبادل الغازات.
حياة كاملة داخل الجرس
جرس الغوص ليس مجرد مكان تتوقف فيه العنكبوتة لتتنفس.
إنه في الواقع مركز الحياة البحرية في تلك المنطقة.
يمكن للعنكبوت أن يستخدم هذه الحجرة كملاذ ومكان لتناول فريسته. كما تجري مراحل مهمة من دورة حياته داخل هياكل حريرية مملوءة بالهواء تحت الماء، بما في ذلك تغيير الجلد والتزاوج والتكاثر.
تقوم الإناث ببناء الأجراس المرتبطة بوضع البيض ورعاية ذريتها.
بدلاً من العودة مرارًا وتكرارًا إلى اليابسة للقيام بهذه الأنشطة، نقلت العنكبوتة المائية (Argyroneta aquatica) جزءًا كبيرًا من حياتها اليومية كعنكبوت بري إلى تحت سطح الماء.
وهي تصطاد فرائسها المائية، بما في ذلك القشريات الصغيرة ويرقات الحشرات، وتعود إلى جرسها عند الضرورة.
عنكبوت يحمل غلافه الجوي معه
ولعل أبرز ما يميز نوع Argyroneta aquatica هو أن عملية التطور لم تحوله إلى كائن يشبه السمكة.
لا يزال من الواضح أنها عنكبوت.
بل إن التكيفات التي تشمل الشعر الجسدي المقاوم للماء، وبناء شبكة من الحرير تحت الماء، والسلوك المتخصص، تتيح لها نقل الهواء الجوي إلى بيئة كان نظامها التنفسي سيمنعها من العيش فيها لولا ذلك.
ثم يستخدم جرس الغوص العمليات الفيزيائية الأساسية لإطالة مدة إمداد الهواء هذا.
لا توجد مضخة تستخرج الأكسجين من الماء، ولا يوجد غشاء بيولوجي يعمل مثل خياشيم السمكة. ويحدث التبادل الغازي بسبب الاختلافات في الضغط الجزئي بين الهواء المحبوس والماء المحيط.
لقد نجح العنكبوت في بناء بنية تنفسية خارجية باستخدام الحرير والهواء والخصائص الفيزيائية للغازات.
أحد أكثر الغواصين غرابة في الطبيعة
عادةً ما يحمل الغواصون معدات التنفس الخاصة بهم في أسطوانات.
تتعامل العنكبوتة ذات الجرس الغواص مع التحدي الأساسي نفسه من منظور آخر. فبدلاً من حمل إمدادات من الهواء المضغوط في كل رحلة تحت الماء، تقوم بإنشاء موطن مملوء بالهواء تحت سطح الماء، وتسمح للمياه المحيطة بتزويده بالأكسجين.
إنه مثال استثنائي على كيفية تمكن حيوان يتنفس الهواء من الاستفادة من بيئة مائية دون أن يطور خياشيمًا تشريعية.
بالنسبة لعنكبوت «أرجيرونيتا أكواتيكا»، أصبح الفاصل بين الحياة البرية والحياة المائية رقيقًا بشكل لافت للنظر.
تكفي بضع خيوط من الحرير، وجيب هوائي، وقوانين فيزياء تبادل الغازات، لتمكين العنكبوت من قضاء معظم حياته تحت السطح.
المصادر
محسن نبيل هو مؤسس ورئيس تحرير مجلة دايفنچرز. وهو مهندس ميكانيكي ومدرب غوص في البحر الأحمر، ويكتب عن سلامة الغوص والحفاظ على البيئة البحرية والاستكشاف تحت الماء والتطورات في صناعة الغوص العالمية. يعمل من خلال مجلة دايفنچرز على الربط بين الغواصين والعلماء والمدافعين عن المحيطات مع تعزيز الغوص المسؤول وحماية المحيطات.
