الزعنفة (التشريح)
 | تحتاج هذه المقالة إلى مصادر إضافية للتحقق . ( يونيو 2008 ) |
الزعنفة هي طرف عريض ومسطح يتكيف مع الحركة المائية . وهي تشير إلى الزوائد السباحة ذات الأغشية الكاملة للفقاريات المائية التي ليست أسماكًا .
في الحيوانات ذات الزعانف المزدوجة، مثل الحيتان ، يشير مصطلح الزعنفة إلى الأطراف الأمامية فقط . أما في الحيوانات ذات الزعانف الأربعة، مثل زعانف الزعانف البحرية والسلاحف ، فيمكن التمييز بين الزعانف الأمامية والخلفية ، أو الزعانف الصدرية والزعانف الحوضية . [2] [3]
تشمل الحيوانات ذات الزعانف طيور البطريق (وتسمى زعانفها أيضًا بالأجنحة )، والحيتانيات (مثل الدلافين والحيتان )، وزعنفيات الأقدام (مثل فظ البحر ، والفقمة عديمة الأذنين )، والخيلانيات (مثل خراف البحر والأطوم ) ، والزواحف البحرية مثل السلاحف البحرية والبليزوصورات ، والموساصوريات ، والإكثيوصورات ، والميتريورينشيدات المنقرضة الآن .
إن استخدام مصطلحي "الزعانف" و"الزعنفة" غير متسق في بعض الأحيان، حتى في الأدبيات العلمية. ومع ذلك، فإن أسطح التحكم الهيدروديناميكية للأسماك يشار إليها دائمًا باسم "الزعانف" وليس "الزعانف" مطلقًا. وعادةً ما يُطلق على أطراف رباعيات الأرجل التي تطورت إلى هياكل تشبه الزعانف (ولكن ليس دائمًا) اسم "الزعانف" وليس الزعانف. ويُطلق على الهيكل الظهري في الحيتانيات اسم "الزعنفة الظهرية" ويُشار إلى ذيول الحيتانيات الكبيرة في المقام الأول باسم الزعانف المثقوبة ولكن أحيانًا باسم "الزعانف الذيلية"؛ ولا يُطلق على أي من هذين الهيكلين اسم الزعانف.
بعض الزعانف عبارة عن أجنحة مائية فعالة للغاية ، تشبه الأجنحة ( الأجنحة الهوائية )، تُستخدم للدفع والمناورة عبر الماء بسرعة كبيرة وقدرة على المناورة (انظر الأجنحة ). تعتبر الزوائد السباحة التي لا تزال أصابعها ظاهرة، كما هو الحال في الأرجل الأمامية المكفوفة للسلاحف البرمائية وخلد الماء ، مجاديف وليست زعانف. [3]
الحركة
بالنسبة لجميع أنواع الفقاريات المائية، يعتمد أداء السباحة على أسطح التحكم لدى الحيوان، والتي تشمل الزعانف والزعانف المخروطية. تُستخدم الزعانف لأنواع مختلفة من الدفع والتحكم والدوران. في الحيتانيات، تُستخدم في المقام الأول للتحكم بينما تُستخدم الزعانف المخروطية للدفع. [4]
كان تطور الزعانف لدى طيور البطريق على حساب قدرتها على الطيران، على الرغم من تطورها من سلف يشبه طائر الأوك الذي كان قادرًا على "الطيران" تحت الماء وفي الهواء أيضًا. يقيد الشكل الوظيفة، ولم تتطور أجنحة الأنواع الطائرة الغواصة، مثل طائر المور أو الغاق، إلى زعانف. أصبحت زعانف طيور البطريق أكثر سمكًا وكثافة وأصغر حجمًا أثناء تعديلها لخصائص الهيدروديناميكية. [1]
الديناميكا المائية
يمكن اعتبار زعانف الحيتانيات مماثلة للزوارق المائية الحديثة المصممة هندسيًا، والتي تتمتع بخصائص هيدروديناميكية: معامل الرفع ومعامل السحب والكفاءة. تعد الزعانف واحدة من أسطح التحكم الرئيسية للحيتانيات (الحيتان والدلافين وخنازير البحر) بسبب موقعها أمام مركز الكتلة، وقدرتها على الحركة التي توفر ثلاث درجات من الحرية . [4]
تتميز زعانف الحيتان الحدباء ( Megaptera novaeangliae ) بحواف أمامية غير ناعمة، إلا أنها تظهر ديناميكية سوائل متفوقة على الحواف الأمامية الناعمة المميزة للأجنحة الاصطناعية والتوربينات وأنواع أخرى من الشفرات. ترجع براعة الحوت المدهشة في المقام الأول إلى زعانفها غير التقليدية، والتي تحتوي على نتوءات كبيرة غير منتظمة الشكل تسمى الدرنات عبر حوافها الأمامية. تعمل الدرنات على تفتيت مرور المياه، والحفاظ على قنوات متساوية للمياه سريعة الحركة، والحد من الاضطرابات وتوفير قدرة أكبر على المناورة. [5]
تعمل الزعانف الأمامية التي تستخدمها زعانف البحر كأجنحة مائية متذبذبة . تُستخدم كل من الزعانف الأمامية والخلفية للدوران. [3] وجدت دراسة أجريت عام 2007 على أسد البحر ستيلر أن غالبية الدفع تم إنتاجها أثناء مرحلة الدفع لدورة سباحة الزعانف الأمامية. على الرغم من أن النتائج السابقة على الفقمة الأذنية تشير إلى أن الدفع تم إنشاؤه بواسطة الحركة الخارجية الأولية للزعانف الأمامية أو مرحلة التجديف القائمة على السحب النهائي، إلا أن دراسة عام 2007 وجدت أنه لم يتم توليد سوى القليل من الدفع أو لم يتم توليده أثناء تلك المراحل. يتم تعديل أداء السباحة لدى أسود البحر من خلال التغييرات في مدة وشدة الحركات دون تغيير تسلسلها. باستخدام معايير تعتمد على السرعة ونصف قطر الدوران الأدنى، فإن قدرة زعانف البحر على المناورة تفوق قدرة الحيتانيات ولكنها أدنى من قدرة العديد من الأسماك. [6]
تطور الزعانف
تطورت الثدييات البحرية عدة مرات، وطورت زعانف مماثلة. تمثل الأطراف الأمامية للحيتانيات وزعنفيات الأقدام والخيلانيات مثالاً كلاسيكيًا للتطور المتقارب . هناك تقارب واسع النطاق على مستوى الجينات. [7] خلقت الاستبدالات المميزة في الجينات المشتركة تكيفات مائية مختلفة، يشكل معظمها تطورًا موازيًا لأن الاستبدالات المعنية ليست فريدة من نوعها لتلك الحيوانات. [8]
عند مقارنة الحيتانيات بالزعنفيات والخيلانيات، يحدث 133 استبدالًا متوازيًا للأحماض الأمينية. وعند مقارنة وتباين الحيتانيات-الخيلانيات، والحيتانيات-الخيلانيات، والخيلانيات-الخيلانيات، يحدث 2,351 و7,684 و2,579 استبدالًا على التوالي. [8]
عمليات رقمية
الحيتان وأقاربها لديهم زعنفة من الأنسجة الرخوة تغلف معظم الأطراف الأمامية، وأصابع ممدودة مع زيادة عدد السلاميات. [9] فرط السلاميات هو زيادة في عدد السلاميات بما يتجاوز حالة الثدييات متعددة الأشكال التي تحتوي على ثلاث سلاميات لكل إصبع. [10] هذه السمة مميزة للفقاريات المائية الثانوية ذات الزعانف. كان فرط السلاميات موجودًا بين الإكثيوصورات والبليزوصورات والموزاصوريات المنقرضة. [11]
الحيتانيات هي الثدييات الوحيدة التي تطورت لديها فرط السلاميات. ورغم أن زعانف الحيتانيات الحديثة لا يمكن وصفها بشكل صحيح بأنها أقدام مكفوفة، إلا أن الأطراف المكفوفة المتوسطة للحيتانيات شبه المائية القديمة يمكن وصفها على هذا النحو. ربما كان وجود شبكات بين الأصابع داخل أحافير الحيتانيات شبه المائية في عصر الإيوسين نتيجة لقيام مضادات BMP بمقاومة موت الخلايا بين الأصابع أثناء نمو الأطراف الجنينية . ومن المحتمل أن تساهم التعديلات على الإشارات في هذه الأنسجة في نشأة شكل مبكر من فرط السلاميات في الحيتانيات المائية بالكامل منذ حوالي 35 مليون عام. واستمرت العملية بمرور الوقت، وتطور شكل مشتق للغاية من فرط السلاميات، بستة أو أكثر من السلاميات لكل إصبع، بشكل متقارب في الحيتان الزعنفية والدلافين المحيطية ، ومن المرجح أنه كان مرتبطًا بموجة أخرى من الإشارات داخل الأنسجة بين الأصابع. [10]
على الرغم من أن الحيتانيات ذات الأسنان لها خمسة أصابع، فإن معظم الحيتان البالينية لها أربعة أصابع وتفتقر حتى إلى عظام مشط اليد. في الحيتان البالينية (الحيتان البالينية)، ربما فُقد شعاع الإصبع الأول منذ 14 مليون سنة. [9]
تطور الزعانف في السلاحف
تطورت السلاحف البحرية في العصر الطباشيري . تطورت زعانفها تدريجيًا من خلال سلسلة من التكيفات التدريجية، مع ظهور السمات الأساسية للزعانف في أعمق العقد (الأوقات المبكرة) في شجرة تطورها . تطورت هذه السمات الأولية مرة واحدة فقط بين السلاحف البحرية ، وتم تحسين الباوبلان من خلال عملية ثانوية من التخصص. [12]
حدد إيفيرز وآخرون سمات مرتبطة بالحزام الصدري والطرف الأمامي والتي ترتبط بتعديل أذرع وأيدي السلاحف البحرية إلى زعانف. [12]
السمات الحيوية الميكانيكية الرئيسية للزعانف
- تسطيح العناصر
- إطالة عظم العضد
- انخفاض القدرة على الحركة بين عناصر الزعانف الفردية
السمات الأساسية لحركة الزعانف
- الوضع الجانبي لعملية العضد
- تغير في زاوية لوح الكتف الداخلي [12]
سلوك البحث عن الطعام
بسبب تخصص الزعانف والقيود الهيدروديناميكية الخاصة بها، كان يُعتقد أنها لم تُستخدم للتفاعل بشكل كبير مع البيئة، على عكس أرجل رباعيات الأرجل الأرضية. ومع ذلك، فإن استخدام الأطراف للبحث عن الطعام موثق في رباعيات الأرجل البحرية . [13] يُلاحظ استخدام الزعانف للبحث عن الطعام في الثدييات البحرية مثل فظ البحر والفقمة وأبقار البحر، وحتى في الزواحف مثل السلاحف البحرية. من بين السلاحف، تشمل السلوكيات الملحوظة سلحفاة خضراء تمسك قنديل البحر ، وسلحفاة ضخمة الرأس تدحرج محارة على قاع البحر، وسلحفاة منقار الصقر تدفع ضد الشعاب المرجانية للحصول على رافعة لتمزيق شقائق النعمان . [14] بناءً على استخدام الأطراف المفترض في السلاحف الأسلاف، ربما حدثت هذه السلوكيات منذ ما يقرب من 70 مليون عام. [13]
انظر أيضا
مراجع
- ^ "لماذا توقف البطاريق عن الطيران؟ الإجابة تطورية". ناشيونال جيوغرافيك نيوز . 2013-05-21. مؤرشف من الأصل في 13 أكتوبر 2019. تم الاسترجاع 2019-12-18 .
- ^ ويليام ف. بيرين؛ بيرند ورسيج؛ جيه جي إم ثيوسين (26 فبراير 2009). موسوعة الثدييات البحرية. أكاديميك بريس. رقم ISBN 978-0-08-091993-5.
- ^ abc Fish, FE (2004). "بنية وميكانيكا أسطح التحكم غير السمكية". مجلة IEEE للهندسة المحيطية . 29 (3): 605-621. رمز Bibcode :2004IJOE...29..605F. doi :10.1109/joe.2004.833213. ISSN 0364-9059. S2CID 28802495.
- ^ ab Weber, Paul W.; Howle, Laurens E.; Murray, Mark M.; Fish, Frank E. (2009-07-15). "أداء الرفع والسحب لزعانف الحيتانيات ذات الأسنان". مجلة علم الأحياء التجريبي . 212 (14): 2149–2158. doi : 10.1242/jeb.029868 . ISSN 0022-0949. PMID 19561204.
- ^ ab "الزعانف توفر الرفع وتقلل السحب: الحوت الأحدب". AskNature . تم الاسترجاع في 2019-12-18 .
- ^ شينيفال، أو.؛ بليك، ر.؛ تريتس، أندرو؛ تشان، ك. (2007-01-01). "مناورات الدوران في أسود البحر ستيلر (Eumatopias jubatus)". علوم الثدييات البحرية . 23 (1): 94-109. رمز Bibcode :2007MMamS..23...94C. doi :10.1111/j.1748-7692.2006.00094.x.
- ^ تشيكينا، ماريا؛ روبنسون، جوزيف د؛ كلارك، ناثان ل. (2016-09-01). "مئات الجينات شهدت تحولات متقاربة في الضغط الانتقائي في الثدييات البحرية". علم الأحياء الجزيئي والتطور . 33 (9): 2182-2192. doi :10.1093/molbev/msw112. ISSN 0737-4038. PMC 5854031. PMID 27329977 .
- ^ ab Zhou, Xuming; Seim, Inge; Gladyshev, Vadim N. (2015-11-09). "التطور المتقارب للثدييات البحرية مرتبط باستبدالات مميزة في الجينات المشتركة". التقارير العلمية . 5 (1): 16550. Bibcode :2015NatSR...516550Z. doi :10.1038/srep16550. ISSN 2045-2322. PMC 4637874. PMID 26549748 .
- ^ ab Cooper, Lisa Noelle; Berta, Annalisa; Dawson, Susan D.; Reidenberg, Joy S. (2007). "تطور فرط السلاميات وتقلص الأصابع في يد الحيتان". Anatomical Record . 290 (6): 654–672. doi : 10.1002/ar.20532 . ISSN 1932-8486. PMID 17516431. S2CID 14586607.
- ^ ab Cooper, Lisa; Sears, Karen; Armfield, Brooke; Kala, Bhavneet; Hubler, Merla; Thewissen, JGM (2017-10-01). "مراجعة وتقييم تجريبي للتطور الجنيني والتاريخ التطوري لتطور الزعانف وفرط السلاميات في الدلافين (الحيتانيات: الثدييات)". سفر التكوين . 56 (1): e23076. doi : 10.1002/dvg.23076 . PMID 29068152.
- ^ Fedak, Tim J; Hall, Brian K (2004). "وجهات نظر حول فرط السلاميات: الأنماط والعمليات". مجلة التشريح . 204 (3): 151–163. doi :10.1111/j.0021-8782.2004.00278.x. ISSN 0021-8782. PMC 1571266. PMID 15032905 .
- ^ abc Evers, Serjoscha W.; Barrett, Paul M.; Benson, Roger BJ (2019-05-01). "تشريح Rhinochelys pulchriceps (Protostegidae) والتكيف البحري خلال التطور المبكر لـ chelonioids". PeerJ . 7 : e6811. doi : 10.7717 /peerj.6811 . ISSN 2167-8359. PMC 6500378. PMID 31106054.
- ^ ab Fujii, Jessica A.; McLeish, Don; Brooks, Andrew J.; Gaskell, John; Houtan, Kyle S. Van (2018-03-28). "استخدام الأطراف من قبل السلاحف البحرية الباحثة عن الطعام، منظور تطوري". PeerJ . 6 : e4565. doi : 10.7717/peerj.4565 . ISSN 2167-8359. PMC 5878658. PMID 29610708 .
- ^ "تستخدم السلاحف البحرية زعانفها للتعامل مع الطعام". ScienceDaily . تم الاسترجاع في 2019-12-21 .
