البرمائيات
2-2 البرمائيات
Amphibians
الأهداف
- تحلل أنواع التكيفات التي كانت مهمة عندما انتقلت بعض المخلوقات الحية إلى اليابسة.
- تلخص خصائص البرمائيات.
- تفرق بين رتب البرمائيات.
مراجعة المفردات
التحول Metamorphosis: تغيرات نمو متتابعة في شكل المخلوق الحي أو تركيبه.
المفردات الجديدة
- المجمع، المذرق.
- الغشاء الرامش.
- غشاء الطبلة.
- متغيرة درجة الحرارة.
الفكرة الرئيسية
لمعظم البرمائيات تكيفات تؤهلها للعيش جزءًا من حياتها في الماء والجزء الآخر على اليابسة.
الربط مع الحياة
إذا فكرت في السباحة فستجد أن التحرك في الماء يختلف عن التحرك على اليابسة. وكما أن للأسماك تكيفات تمكنها من العيش في الماء، فإن للبرمائيات البالغة أيضًا تكيفات للعيش على اليابسة.
الانتقال إلى اليابسة
The move to land
واجهت بعض المخلوقات الحية تحديات فيزيائية كبيرة في الانتقال من الماء إلى اليابسة. ويبين الجدول 2-1 بعض اختلافات ظروف الحياة في الماء عنها على اليابسة. وتشمل هذه الاختلافات الطفو، وتركيز الأكسجين، ودرجة الحرارة.
ويوضح الجدول أيضًا أمثلة على تكيفات الفقاريات البرية للحياة على اليابسة، كما يوضح الشكل 2-17 تكيف البرمائيات للحياة البرية.
الجدول 2-1
التكيفات للعيش على اليابسة
| الظروف في الماء | الظروف على اليابسة | تكيفات الفقاريات للعيش على اليابسة |
| --------------------------------------------------------------------------------------------------------- | --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | ----------------------------------------------------------------------------------------- |
| للماء قوة طفو تعاكس قوة الجاذبية. | قوة طفو الهواء أقل من قوة طفو الماء 1000 مرة تقريبًا. يجب أن تتحرك الحيوانات عكس قوة الجاذبية. | تكون الأطراف والأجهزة العضلية والهيكلية للمخلوقات الحية البرية أقوى. |
| الأكسجين يذوب في الماء، ويجب أن يستخلص عن طريق الخياشيم من خلال دورة دموية تتحرك عكس اتجاه التيار المائي. | يتوافر الأكسجين على اليابسة أكثر من توافره في الماء 20 مرة على الأقل. | يمكن لحيوانات اليابسة أن تحصل على الأكسجين من الهواء بشكل فعال أكثر من الماء بسبب رئاتها. |
| يحتفظ الماء بالحرارة، لذا لا تتغير درجة حرارة الماء بسرعة. | تتغير درجة حرارة الهواء أسرع من درجة حرارة الماء، وقد تتغير درجة الحرارة اليومية بمقدار 10°C بين النهار والليل. | أظهرت حيوانات اليابسة تكيفات سلوكية وفيزيائية لكي تحمي نفسها من درجات الحرارة العالية. |
الشكل 2-17
يبين أهم التكيفات التي ساعدت البرمائيات على العيش على اليابسة.
بالإضافة إلى الفروق المدرجة في الجدول 2-1، هناك فرق آخر بين ظروف اليابسة والماء؛ وهو أن الصوت ينتقل أسرع في الماء، لذا تستعمل الأسماك جهاز الخط الجانبي للإحساس بالذبذبات، أو موجات الصوت في الماء.
ولكن في الهواء يكون هذا الجهاز غير فعال. أما في فقاريات اليابسة البرية، فقد تخصصت الأذن في الإحساس بموجات الصوت التي تنتقل عبر الهواء.
بيئات اليابسة
Terrestrial habitats
صاحبت البرمائيات العديد من التحديات المرتبطة مع الحياة البرية، إلا أن هناك العديد من البيئات المناسبة للمخلوقات الحية على اليابسة؛ حيث تتضمن المناطق البيئية المختلفة على اليابسة الغابات المطيرة الاستوائية، والغابات المعتدلة، والأراضي العشبية، والصحاري، والتيجة Taiga، والتندرا Tundra، وكلها توفر بيئات مناسبة للمخلوقات الحية ذات التكيفات المناسبة.
خصائص البرمائيات
Characteristics of Amphibians
هل سبق أن شاهدت أبا ذنيبة في بركة ماء؟ ادرس أبا ذنيبة المبين في الشكل 2-18، ثم صفه.
أبو ذنيبة، أو الشرغوف، يرقة ضفدع من دون أطراف، يتنفس بالخياشيم، وهو يشبه السمكة. ويدخل أبو ذنيبة يومًا بعد يوم في عملية التحول، فتتكون الأطراف الخلفية وتتطور، ويقصر الذيل، وتتحول الرئات محل الخياشيم، وتنمو الأطراف الأمامية.
وبعد عدة أسابيع فقط أو أشهر، اعتمادًا على نوعه، يصبح ضفدعًا بالغًا. ومعظم البرمائيات تبدأ حياتها مخلوقات مائية، وبعد التحول تصبح قادرة على العيش على اليابسة.
وتضم البرمائيات الضفادع، والعلاجيم، والسلمندر Salamander، وسمندل الماء العذب Newts، والديدان العديمة الأطراف.
وتتميز معظم البرمائيات بأن لها أربع أرجل، وجلدًا رطبًا من دون قشور، ويتم تبادل الغازات عبر الجلد، والرئات، أو بطانة الفم كل على حدة أو مجتمعين، ولها دورة دموية مزدوجة، ويرقات مائية.
الشكل 2-18
- الأعلى: أبو ذنيبة من دون أطراف.
- الأوسط: يدخل الضفدع في عملية التحول ليصبح ضفدعًا بالغًا. لاحظ نمو الأطراف.
- الأسفل: ضفدع الأشجار دقيق الأرجل، وهو بالغ له أطراف متخصصة، وليس له ذيل.
التغذية والهضم
Feeding and digestion
معظم يرقات الضفادع آكلات أعشاب، في حين أن يرقات السلمندر آكلات لحوم. وعلى كل حال، يتشابه الغذاء في المجموعتين عند البلوغ، حيث تصبح جميعها مفترسات تتغذى على العديد من اللافقاريات والفقاريات الصغيرة.
ويستعمل بعض السلمندر والبرمائيات التي ليس لها سيقان الفكوك فقط للإمساك بالفريسة. وبعضها الآخر، ومنها الضفدع والعلجوم، يمكنها أن تطلق ألسنتها الطويلة اللزجة بسرعة كبيرة ودقة للإمساك بالفريسة الطائرة.
لا توجد لدى الضفادع غدد لعابية، وبالتالي فإن الطعام ينتقل من الفم إلى المريء إلى المعدة، حيث يبدأ الهضم، ثم ينتقل الغذاء غير المهضوم من المعدة إلى الأمعاء الدقيقة، فيختلط بإفرازات البنكرياس لهضم الطعام ويمتص فيها، ثم ينتقل إلى مجرى الدم الذي يوصله إلى خلايا الجسم.
وينتقل الغذاء غير المهضوم من الأمعاء الدقيقة إلى الأمعاء الغليظة قبل التخلص من الفضلات. وفي نهاية الأمعاء هناك مجرى يسمى المجمع أو المذرق Cloaca، وهو حجرة تستقبل فضلات الهضم، وفضلات البول، والبويضة أو الحيوان المنوي قبل مغادرة الجسم.
المفردات
الاستعمال العلمي مقابل الاستعمال الشائع
Amphibian البرمائيات
الاستعمال العلمي
مخلوقات تنتمي إلى طائفة البرمائيات، وتقضي جزءًا من حياتها في الماء، والجزء الآخر على اليابسة.
مثال: الضفدع حيوان برمائي.
الاستعمال الشائع
طائرة مصممة للإقلاع والهبوط إما على اليابسة، وإما على الماء.
مثال: حطت البرمائية بهدوء على مياه البحيرة.
الإخراج
Excretion
تطرح البرمائيات الفضلات من الدم من خلال الكلى، وتخرج الأمونيا أو اليوريا بوصفها فضلات ناتجة عن عمليات الأيض الخلوي.
أما الناتج النهائي لعملية أيض البروتينات، وهو الأمونيا، فيتم طرحه من البرمائيات التي تعيش في الماء. وتنتج البرمائيات التي تعيش على اليابسة فضلات اليوريا التي تكونت من الأمونيا في الكبد.
وعلى عكس الأمونيا، تخزن اليوريا في المثانة البولية حتى يتخلص منها الجسم من خلال المجمع.
التنفس والدورة الدموية
Respiration and circulation
تتبادل معظم البرمائيات الغازات عندما تكون يرقة من خلال جلدها وخياشيمها، وعندما تصبح بالغة تتنفس معظمها عن طريق الرئتين وجلدها الرقيق الرطب وبطانة تجاويف الفم.
ويمكن للضفادع أن تتنفس من خلال جلدها، سواء أكانت خارج الماء أم داخله. وهذه الخاصية تمكن الضفادع من قضاء الشتاء محمية من البرد داخل الطين في قاع برك الماء.
يتكون جهاز الدوران في البرمائيات، كما في الشكل 2-19، من دورة دموية مزدوجة، بدلًا من الدورة الدموية المفردة التي درستها في الأسماك.
في الدورة الأولى يتحرك الدم غير المؤكسج من القلب ليتحمل بالأكسجين في الرئتين والجلد، ثم يتحرك الدم المؤكسج عائدًا إلى القلب.
وفي الدورة الثانية يتحرك الدم المؤكسج من القلب عبر الأوعية الدموية إلى الجسم، حيث ينتشر الأكسجين نحو الخلايا.
وللبرمائيات قلب مكون من ثلاث حجرات، وينقسم الأذين كليًا لينتج إلى أذينين. ويستقبل الأذين الأيمن دمًا غير مؤكسج من الجسم، في حين يستقبل الأذين الأيسر الدم المؤكسج من الرئتين. ويبقى البطين في البرمائيات غير مقسم.
ماذا قرأت؟
صف كيف يتكيف جهاز الدوران في البرمائيات للحياة على اليابسة؟
الشكل 2-19
يتكون جهاز الدوران في البرمائيات من دورة دموية مزدوجة يحرك الدم خلالها الجسم.
الدماغ والحواس
The brain and senses
الأجهزة العصبية للبرمائيات متخصصة، كما هو الحال في الأسماك. وقد انعكست الفروق في ظروف الحياة في الماء وعلى اليابسة على الفروق بين أدمغة الأسماك وأدمغة البرمائيات.
فعلى سبيل المثال، يحتوي الدماغ الأمامي للضفادع على منطقة ذات علاقة برصد الروائح المنتشرة في الهواء. فالمخيخ، على الرغم من أهميته في المحافظة على الاتزان في الأسماك، ليس معقدًا في البرمائيات البرية التي تبقى قريبة من سطح الأرض.
والبصر حاسة مهمة في أغلب البرمائيات؛ حيث تستعمله لتحديد الفريسة التي تطير على سرعات عالية، والإمساك بها، والهروب من المفترسات.
ويغطي عيون الضفادع أغشية تسمى أغشية رامشة. والغشاء الرامش nictitating membrane جفن شفاف يستطيع التحرك فوق العين؛ لحمايتها تحت الماء، وحمايتها من الجفاف على اليابسة.
تظهر أذن البرمائيات تكيفًا للحياة على اليابسة؛ فـ غشاء الطبلة tympanic membrane في الضفدع غشاء رقيق خارجي على جانب الرأس، كما في الشكل 2-20، تستعمله لسماع الأصوات العالية التردد، ولتضخيم الأصوات من الحبال الصوتية.
وتشمل الحواس الأخرى في البرمائيات: اللمس، والمستقبلات الكيميائية في الجلد، وبراعم التذوق على اللسان، وحاسة الشم في التجويف الأنفي.
الشكل 2-20
غشاء الطبلة في الضفدع تكيف للعيش على اليابسة.
مختبر تحليل البيانات 2-1
بناءً على بيانات حقيقية
تفسير الرسم البياني
كيف يمكن أن تؤثر درجة الحرارة في معدل ذبذبات نقيق ضفادع الأشجار؟
تصدر ذكور ضفادع الأشجار صوتًا، نقيقًا، يمكن أن تميزه الإناث بسهولة اعتمادًا على معدل ذبذبات النقيق.
البيانات والملاحظات
يظهر الرسم البياني معدل ذبذبات النقيق لنوعين من الضفادع مقابل درجة الحرارة.
التفكير الناقد
- فسر البيانات: ما العلاقة بين ذبذبات النقيق ودرجة الحرارة؟
- قارن كيف أثرت درجة الحرارة في معدل الذبذبات في النوع A والنوع B؟
- استنتج ما أهمية ألا يكون لنوعي الضفادع معدل ذبذبات النقيق نفسه عند درجة الحرارة نفسها؟
من المهم أن تحس البرمائيات بدرجة حرارة محيطها؛ لأنها من الحيوانات المتغيرة درجة الحرارة. والمتغيرة درجة الحرارة ectotherms مخلوقات تحصل على حرارة أجسامها من البيئة الخارجية، ولا تستطيع أن تنظم درجات حرارة أجسامها من خلال عمليات الأيض.
لذا يجب أن تكون قادرة على الإحساس بالمكان المناسب لتدفئة أجسامها أو تبريدها. فعلى سبيل المثال، إذا كان الطقس باردًا يمكن للعلجوم أن يجد صخرة دافئة ورطبة ليعرض جسمه للشمس ويدفئ نفسه.
التكاثر والنمو
Reproduction and development
في البرمائيات، حيث تطلق ذكور الضفادع الحيوانات المنوية عند التزاوج على البيوض أثناء خروجها من جسم الأنثى في الماء.
وليس للبيوض قشور أو أغطية واقية تحميها من الجفاف. والبيوض، كما في الشكل 2-21، مغطاة بمادة لزجة تشبه الهلام، تساعدها على الالتصاق بالنباتات في الماء.
وبعد التلقيح يستعمل الجنين النامي المح في البيضة ليتغذى حتى يفقس منها أبو ذنيبة الذي يتحول، كما في الشكل 2-18، من مخلوق يتنفس بالخياشيم، ومخلوق عديم الأرجل، آكل أعشاب، وله عظام وقلب مكون من حجرتين، إلى مخلوق يتنفس بالرئتين، آكل رباعي الأرجل آكل لحوم، وله قلب ثلاثي الحجرات.
وتتحكم مواد كيميائية تطلق داخل جسم أبي ذنيبة في مراحل التحول.
الشكل 2-21
ليس لبيوض البرمائيات قشور تحميها من الجفاف.
استنتج
التكيفات التي تضمن عدم جفاف بيوض البرمائيات؟
تنوع البرمائيات
Amphibian Diversity
يصنف علماء الأحياء البرمائيات إلى ثلاث رتب:
- رتبة عديمة الذيل Anura: وتحتوي 4200 نوع من الضفادع والعلاجيم.
- رتبة الذيليات Caudata: وتحتوي 400 نوع من السلمندرات.
- رتبة عديمة الأرجل Gymnophiona: التي تضم مئة وخمسين نوعًا من عديمة الأطراف التي تشبه الديدان.
وتعيش الضفادع والعلاجيم والسلمندرات في مناطق رطبة في بيئات مختلفة، أما السلمندر فهو مائي، وأما عديمة الأطراف فهي حيوانات استوائية تدفن نفسها.
الضفدع والعلجوم
Frog and toads
تفتقر الضفادع والعلاجيم البالغة، كما في الشكل 2-22، إلى الذيل، ولها أقدام طويلة تمكنها من القفز.
وللضفادع أرجل أطول من العلاجيم، تمكنها من القفز بفاعلية أكبر مقارنة بقفزات العلاجيم الصغيرة.
وللضفادع أيضًا جلد رطب وناعم، في حين أن جلد العلجوم جاف وذو نتوءات وانخفاضات.
وعلى الرغم من حاجة كل منهما للعيش قرب الماء من أجل التكاثر، إلا أن العلاجيم عمومًا تعيش أبعد من الماء من الضفادع.
وثمة فرق آخر بين الضفادع والعلاجيم، وهو أن للعلاجيم غدتين قذاليتين كاملتين خلف رؤوسها تفرزان رشحًا سيء الطعم، لا يشجع المفترسات على أكلها.
الشكل 2-22
للضفدع جلد رطب وناعم، مقارنة بالعلجوم الذي له جلد جاف وغير ناعم.
ماذا قرأت؟
قارن بين خصائص الضفادع والعلاجيم.
السلمندرات وسمندلات الماء
Salamanders and newts
على العكس من الضفادع والعلاجيم فإن للسلمندرات وسمندلات الماء أجسامًا طويلة ونحيلة، ولها رقبة وذيل، كما في الشكل 2-23.
ولمعظم السلمندرات أربع أرجل وجلد رقيق رطب، ولا تستطيع العيش بعيدًا عن الماء. وتضع معظم السلمندرات بيوضها في الماء، مثل الضفادع. وتشبه يرقات الضفادع السلمندرات الصغيرة، إلا أن لها خياشيم.
أما السمندلات المائية، كما في الشكل 2-23، فهي مائية عمومًا طوال حياتها، في حين تعيش معظم السلمندرات المكتملة النمو في بيئات رطبة بين الأوراق المتساقطة أو تحت الجذوع.
ويتراوح طول السلمندرات بين 15 cm تقريبًا، وقد يصل طول بعضها، ومنها السمندر العملاق، إلى 1.5 m.
ويتغذى السلمندر المكتمل النمو على الديدان ويرق الضفادع والحشرات واللافقاريات الأخرى.
الشكل 2-23
يعيش السلمندر الأحمر شرقي الولايات المتحدة فقط. وتتكاثر سمندلات الماء في أعماق البرك التي تحتوي على نباتات مائية.
مهن مرتبطة مع علم الأحياء
مربو الحيوانات
Animal Curator
يعمل مربو الحيوانات في حدائق الحيوان، ويعتنون ببعض حيوانات الحديقة، ومنها البرمائيات. ويعملون معًا لتحديد الطريقة المثلى للمحافظة على البيئة المناسبة للحيوان داخل الحديقة.
عديمة الأطراف
Caecilians
تختلف عن البرمائيات الأخرى؛ فليس لها أطراف وهي تشبه الديدان، كما في الشكل 2-24.
وهي تدفن نفسها في التربة، وتتغذى على الديدان وبعض اللافقاريات الأخرى. ويغطي الجلد العيون في العديد من عديمة الأطراف، لذا تكون عمياء تقريبًا.
ولعديمة الأطراف كلها إخصاب داخلي؛ إذ تضع بيوضها في تربة رطبة تقع قرب الماء. ومن أمثلتها: السيليا السوداء، والسيليا الهندية، والسيليا الاستوائية.
وتعيش عديمة الأطراف في الغابات الاستوائية في أمريكا الشمالية وإفريقيا وآسيا.
الشكل 2-24
ليس لعديمة الأطراف فتحات آذان، ولا يعرف إن كانت تستطيع سماع الأصوات، أو كيف تسمعها.
بيئة البرمائيات
Ecology of Amphibian
تناقصت جماعات البرمائيات في العقود القريبة على مستوى العالم، وقد جمع العلماء بيانات لتحديد الأسباب المحتملة لهذا التناقص، فاختلفت النتائج.
ويمكن في بعض الحالات حصر السبب في عامل محلي، وفي حالات أخرى قد يكون السبب ناتجًا عن عدة عوامل تحدث على مستوى أكبر.
عوامل محلية
Local factors
كانت سبب التناقص في بعض الحالات، ومنها تلك التي حدثت لضفدع الأرجل الحمراء، هو تدمير البيئة.
فعندما جفت الأراضي الرطبة وبنيت المباني بدلًا منها، لم تعد المناطق المائية متوافرة للبرمائيات لتضع بيوضها قرب الماء حتى تتكاثر بنجاح.
وفي مناطق أخرى أثر إدخال أنواع خارجية دخيلة، وهي أنواع لم تكن موجودة في المنطقة بشكل طبيعي، في جماعات البرمائيات.
ونافست الأنواع الخارجية الدخيلة البرمائيات على الغذاء وعلى مساحة البيئة، أو كانت مفترسات للبرمائيات.
العوامل العالمية
Global factors
وربما سببت عوامل عالمية متعددة تناقصًا في أعداد البرمائيات، بالإضافة إلى العوامل المحلية.
فالتغيرات المناخية، ومنها ارتفاع درجة الحرارة، وتناقص رطوبة التربة، وازدياد فترة الفصل الجاف، والتغيرات في كميات المطر المتساقطة، يمكن أن تسبب موت البرمائيات أو إجهاد أجسامها، مما يجعلها أكثر تعرضًا للمرض.
ويقارن الشكل 2-25 بين بيوض علجوم سليمة وأخرى مصابة بفطر، ويعتقد بعض العلماء أن تغيرات المناخ العالمية التي أدت إلى تناقص كميات الأمطار تركت بيوض البرمائيات تنمو في برك ضحلة من الماء.
ولأن الماء ضحل فقد تعرضت البيوض أكثر إلى الأشعة فوق البنفسجية. وقد أظهرت التجارب أن ازدياد التعرض للأشعة فوق البنفسجية يؤدي إلى زيادة مخاطر الإصابة بالعدوى الفطرية في بيوض البرمائيات.
الشكل 2-25
توضح البيوض السليمة للعلجوم على شبكة كثيفة واحدة في الماء. أما بيوض العلجوم المصابة بالعدوى فتغطى بالفطريات، وربما تكون العدوى بالفطريات مسؤولة عن تناقص أعداد جماعات العلجوم.
التقويم 2-2
الخلاصة
- يتطلب انتقال بعض المخلوقات الحية إلى اليابسة تكيفات متنوعة.
- لأجسام البرمائيات تكيفات فريدة مكنتها من العيش على اليابسة.
- تصنف البرمائيات إلى ثلاث رتب؛ اعتمادًا على تراكيب متشابهة.
- تتناقص أعداد جماعات البرمائيات على مستوى العالم لأسباب مختلفة.
فهم الأفكار الرئيسة
- الفكرة الرئيسة: صف التكيفات التي ساعدت البرمائيات على العيش على اليابسة.
- قارن بين ظروف البرمائيات التي تعيش على اليابسة وتلك التي تعيش في الماء.
- حلل أنواع التكيفات التي ساعدت على انتقال بعض المخلوقات إلى اليابسة.
- لخص خصائص كل رتبة من رتب البرمائيات.
التفكير الناقد
- فسر الرسوم العلمية: دراسة الشكل 2-19، وتفسير وجود دورة دموية مزدوجة في البرمائيات.
- الكتابة في علم الأحياء: لعلك عثرت أثناء تجوالك في منطقة عشبية بالقرب من مستنقع على ضفدع ميت بأطراف مشوهة. كوّن فرضية تبين أسباب حدوث هذه التشوهات.
جاري تحضير الدرس المعاد صياغته وبناء الأنماط
نحافظ على المعنى العلمي ونربط كل فقرة بنواتجها ومفاهيمها.
إعادة إنتاج الدرس حسب نمط التعلم
طلب واحد ينتج المسارات البصري والسمعي والحركي والقرائي معًا، بصياغة تراعي سياق المناهج السعودية.
اختر نمط التعلم
تُنتج الأنماط الأربعة دفعة واحدة، ثم تُستدعى الحزمة المحفوظة في الزيارات التالية.