الحيوانات الشفافة

مجموعة حيوانات بحرية شبيهة بالزجاج

تنفغر الأعماق السحيقة تحتنا أكثر من ثلاثة آلاف متر عمقا.

فيما عدا قارب اللّنش الذي كنت أجلس فيه والسفينة الأم البيضاء الواقعة على مبعدة مني، لم يكن حولي سوى البحر والسماء. أخذت نَفَسًا من آلة تنظيم التنفس المحمولة على ظهري (السكوبا scuba1) وقفزت من جانب اللنش إلى المياه الصافية والخالية إلى الحد الذي كنت أستطيع منه رؤية ما مداه 100 متر تقريبا. وفيما كنت أنزل مع ثلاثة من زملائي، كانت زرقة الماء من حولنا تزداد قتامة، ثم تحولت إلى اللون الأرجواني مع توغلنا في الأعماق.



فعلى بعد مئات الكيلومترات من اليابسة كنا نغوص ليس بحثا عن حيد (حاجز) بحري reef مزدهر أو حطام سفينة تاريخية، ولكن إلى نقطة انتُقيت اعتباطا في المحيط الشاسع. فمن تحتنا تنفغر الأعماق السحيقة أكثر من ثلاثة آلاف متر عمقا. إننا هنا في أوسع موئل habitat على الأرض يحتل 99 في المئة من الحيز الملائم للعيش في كوكبنا، وهو عالم بلا تضاريس فيما عدا ألطف تدرجات الضوء واللون التي تعلن تغيرا في الزمان والمكان.



بالنسبة إلينا، يُفقِدنا انعدامُ المرجعية (المعالم) حسَّ الزمان والمكان إلى حد كبير. وبالنسبة إلى الحيوانات التي تعيش هنا، فذلك يعني عدم وجود مكان للاختباء.



توقفنا في هبوطنا عند عمق ثمانية عشر مترا، وشددنا أنفسنا بحبل أمان يتدلى من اللنش، وبدأنا استكشافنا. وما كان علينا أن ننظر بعيدا: فما إن تكيفت عيوننا حتى وجدنا أنفسنا محاطين بعشرات من حيوانات شفافة بطيئة الحركة. لقد رأينا وسط هذا المعرض الزجاجي الحيواني الغريب عددا من قناديل البحر، ولكننا لم نتعرف معظم سائر المخلوقات من فورنا. وقد تفاوتت حجومها بين إصبع الإبهام وما يفوق كرة السلة. وبينما أمكننا اكتشاف بعضها من خلال ما احتوته مَعداتها من طعام أو من خلال بقعة لونية عَرَضية أو ومضة من تقزّح اللون، فإن غيرها من الحيوانات كانت من الشفافية إلى درجة لم تكن مرئية حتى وهي على مبعدة سنتيمترات قليلة فقط. وقمنا بإخراج أوانٍ زجاجية من حقائبنا الشبكية وبدأنا بجمع العينات.

حياة هلامية

يتمثل القاسم المشترك بين الغالبية العظمى من هذه المخلوقات في أجسامها التي تتألف إلى حد كبير من مادة هلامية تمنحها منافع عديدة. ولما كانت هذه المادة تتكون في معظمها من الماء غير القابل للانضغاط، فإن تلك الحيوانات تكون محمية من الضغط الساحق في الأعماق. وتتمتع الحيوانات بطفوية buoyancy كافية تسمح للعديد منها بالطفو مثل البالونات فوق أعماق سحيقة من الماء. إضافة إلى ذلك، فهذه المادة ليست حية ويسهل إنتاجها، الأمر الذي يجعل المخلوقات المتكونة منها تستطيع العيش على القليل جدا من الغذاء. أما عندما يتوافر الغذاء، فإن هذه المخلوقات تستطيع النماء والتكاثر بمعدلات استثنائية، حتى إن بعضها يزدهر في أسبوع واحد مكونا مستعمرات من بلايين الأفراد تغطي آلاف الكيلومترات المربعة.



ولعل أهم ميزة للمادة الهلامية ـ وهو ما يعد أساس نجاحها التطوري في عالم ما تحت سطح البحر ـ تعود إلى الشفافية التي تمنحها: إذ إن جميع الحيوانات في عرض المحيط تقريبا، باستثناء تلك التي تمتلك أسنانا أو ذيفانات (توكسينات) أو سرعة في الحركة أو قدودا (حجوما) صغيرة تحميها، تتمتع بدرجة ما من الخفائية invisibility. وفي الحقيقة، إن الأعماق السحيقة التي لا يخترقها ضوء الشمس أبدا تكاد تخلو من الكائنات الشفافة.



أما السيئ في الأمر فهو أن الحيوانات الهلامية تكون رهيفة بطيئة الحركة. فالكثير منها يعتمد اعتمادا تاما تقريبا على خفائيته، باعتباره الشكل النهائي للتمويه، في التملص من مفترساته وفي ختل فرائسه.



ومع ذلك تبقى أهمية الشفافية في البيئة البحرية من الخصائص الغامضة إلى حد كبير. ولهذا تركزت بحوثي على أسئلة أساسية نوعا ما من مثل: ما مبلغ صفاء هذه الحيوانات؟ وما الخصائص الفيزيولوجية غير المعتادة التي تمكن هذه المخلوقات من تحقيق مستويات عالية من الشفافية؟



إن الخطوة الأولى لفهمنا إيكولوجية الشفافية تكمن في تحديد درجة الشفافية الحقيقية لهذه الحيوانات. وفي هذا المسعى تتمثل أكثر النواحي صعوبة في اقتناص هذه الحيوانات بحالة جيدة، إذ إنها لا تكون شفافة على النحو المثالي إلا حينما تكون حية وسليمة البنية، وسرعان ما تصير معتمة بعد الموت. ويصعب الإمساك بحيوانات سليمة البنية بسبب هشاشتها البالغة، حتى إن بعضها يتمزق بفعل الاضطراب الناجم عن حفيف ذيل سمكة مجاورة. ولهذا السبب تعتمد تقانات جمع الحيوانات الهلامية على غطاسي السكوبا scuba divers والغواصات⁽²⁾ submersibles.



وباستعمال هاتين التقانتين، تمكنتُ مع زملائي من جمع تشكيلة كبيرة من الحيوانات الشفافة بحالتها المثالية. ومن ثم قمت في مختبر على سفينة الأبحاث بقياس شفافية هذه المخلوقات لِطيف الضوء المرئي مستعملا مقياسا للطيف مبنيا على القواعد التي يستخدمها أطباء العيون في قياس شفافية عين الإنسان.



لقد تفاوتت شفافية الحيوانات بمدى فاق كثيرا ما كان يمكن تخمينه اعتمادا على التقدير الإبصاري السريع، إذ تفاوتت كمية الضوء التي مرت عبر أجسامها ما بين 20 و90 في المئة. ولم يكن مستغربا أن تكون الحيوانات الأكبر حجما وذات النسج الأكثر وفرة قد عوضت ذلك بامتلاكها نسجا أكثر صفاء. ولكن الأمر الأكثر غرابة تمثل في أن الحيوانات التي اقتنصت على عمق 750 مترا كانت على درجة من الشفافية تماثل شفافية الحيوانات الموجودة قرب السطح.



لقد حيرتني تلك الملاحظة، إذ توقعت أن تكون الحيوانات الموجودة قرب السطح أكثر شفافية من تلك التي تقطن المياه العميقة؛ لأن العالم السطحي يكون أكثر ضياء ويكون الاختباء فيه أكثر صعوبة. ولكن تبين أن بعض حيوانات المياه الأعمق كانت أكثر شفافية مما يلزمها لتكون غير مرئية على بعد سنتيمترات، أو حتى مليمترات، من عيون مفترساتها.



وحتى نفهم كيف يمكن لمخلوق ما أن يكون شفافا إلى هذا الحد، ينبغي أن نذكر أن وضوح الشيء يعتمد على تباينه contrast، بمعنى سطوعه brightness مقارنا بالوسط المحيط به. وبالنسبة إلى مخلوق بحري ما، فإن الماء الموجود بين الحيوان والمُشاهِد يُبعثِر ويمتص الضوءَ المنعكس عن المخلوق. وهكذا فكلما ابتعد الحيوان قل تباين صورته وصعبت رؤيته. وعلى مسافةٍ ما، تعتمد على التباين الأصلي للحيوان وعلى مدى تأثير الماء في الضوء، ينخفض التباين إلى أدنى مما يستطيع المشاهد رؤيته. وتعرف هذه المسافة باسم مسافة الرؤية sighting distance، ويغدو الحيوان بعدها غير مرئي (وآمنا من الخطر).

الشفافية والبنية

خلافا لأشكال التمويه الأخرى، فإن الشفافية تشمل الجسم بكامله وليس سطحه الخارجي فقط. وتُبرز هذه الحقيقة بضع مشكلات آسرة بادَرَ التطور إلى حلها بطرق بارعة.

يمكن مشاهدة بعض الحلول بالعين المجردة. فبعض هذه المخلوقات يكون مسطحا ورقيقا، لأن الأشياء الرقيقة تُنفذ مزيدا من الضوء. فإذا كان سنتيمتر من حلزون شفاف يسمح بمرور جزء من تسعة أجزاء من الضوء عبره، فإن نصف السنتيمتر يسمح لثلث الضوء بالمرور. كما أن التسطح flatness يجعل من الصعب رؤية الحيوان مُجانَبةً. وقد استفاد بعض المخلوقات مثل اليرقات السمكية المدعوة لِپتوسيفالَسْ⁽³⁾ leptocephalus، من هذه الميزة إلى أبعد الحدود، فغدت أشبه برقاقات حية لا يزيد سمكها على مليمتر أو مليمترين ويصل طولها إلى عشرات السنتيمترات. كما أن هناك هلامات مشطية comb jellies معينة تحمل الاسم الرومانسي المثير «زنّار ڤينوس» Venus's girdle، تكون أجسامها طويلة ومسطحة كالزنار (الحزام). وكذلك تكون صغار الكركند (جراد البحر) الكاريبي الشائك Caribbean spiny lobsters في حجم قطعة نصف الدولار ومسطحة مثل الورقة. ولعل الطريقة الوحيدة لاكتشافها تكمن في تحقيق نظرة خاطفة لظلالها.



وتتضمن التغيرات الواضحة الأخرى أجزاء من الجسم لا يمكن جعلها شفافة لأسباب مادية؛ إذ لما كان لا بد لشبكيات العيون أن تمتص الضوء كي ترى، فإن جزءا من العيون على الأقل يبقى مرئيا على الدوام. وقد ظهرت ثلاثة حلول لهذه المشكلة. فبعض الكائنات الحية تمتلك عيونا تقع على نهايات سويقات طويلة بقصد إبعاد تلك العيون قدر المستطاع. وبعضها الآخر، كما في الحيوان القشري المسمى فرونيما Phronima [انظر الشكل في الصفحة 28]، يمتلك شبكيات مرصوصة بكثافة ويستعمل موصلات conduits طبيعية تشبه كَبْلات ألياف بصرية يعبرها الضوء وصولا إلى تلك الشبكيات. وهناك مجموعة ثالثة، كما في الحيوان القشري الكبير المسمى سيستوسوما Cystosoma [انظر الشكل في الصفحة 31]، يمتلك عيونا ضخمة ذات شبكيات شاحبة رقيقة تحت القرنية مباشرة.





وتُعد المعدة عضوا آخر يبقى مرئيا على الدوام. ولا يكمن السبب في المعدة نفسها، بل في محتوياتها التي تضم حيوانات أو نباتات مهضومة جزئيا، وهي معتمة في العادة. وفي بعض الحيوانات التي يمكن الرؤية خلالها تكون المعدة إبرية الشكل وذات توجه نحو الأسفل على الدوام مهما كان اتجاه الحيوان. ويمكن لهذا التدبير أن يكون فعّالا؛ لأن العديد من الضواري تبحث عن فرائسها عن طريق النظر إلى أعلى بحثا عن الظلال التي تتكون قبالة الضوء الوارد من سطح البحر. وهناك استراتيجية أخرى تتمثل في حجب (إخفاء) المعدة بنسيج عاكس للضوء؛ ويكون مثل هذا النسيج في عرض البحر ـ كالمرآة ـ غير مرئي، لأن الضوء الذي يعكسه لا يميز عن الضوء الذي يقع خلفه. ونذكر هنا أن هذا المبدأ يفسر سبب كون الكثير جدا من الأسماك تمتلك حراشف فضية تشبه المرايا على السطح الخارجي من أجسامها.



ويعد الجلدُ العضوَ المزعج الثالث، لأنه يعكس على الدوام بعض الضوء ـ ولو جزئيا. وتتغلب بعض الحيوانات على ذلك بامتلاكها أشكالا جسدية بسيطة تقلل من كمية الجلد وتعقيد الانعكاسات. وعلى نحو أقل شيوعا، ولكن أكثر إثارة، تمتلك بعض المخلوقات على سطح أجسامها أديمًا (نسيجا) texture كثير النتوءات المجهرية التي تقلل إلى حد كبير ظاهرة الانعكاسية reflectivity على نحو رائع دقيق.



لقد كانت هذه الاستراتيجية موضوع نشرة علمية حديثة من قبل <A. پاركر> [من المتحف الأسترالي في سدني]. فهي تعتمد على معامل انكسار المادة الذي يدل على مدى سرعة عبور الضوء داخل المادة. فالضوء يعبر في المادة ذات معامل الانكسار العالي بصورة أبطأ من عبوره في المادة ذات معامل الانكسار المنخفض.



فإذا كان لسطح ما عدد كبير من النتوءات (الحدبات) التي يقل حجمها عن نصف طول موجة الضوء الساقط عليها، فإن السطح بأكمله يعمل بوصفه مادة منتظمة uniform ذات معامل انكسار يساوي متوسط معامل انكسار النتوءات والوسط المحيط بها (الذي هو الماء في موضوعنا). ولما كان قعر النتوء أكبر من سطحه العلوي، فإن معامل الانكسار عند القعر يكون أكثر قربا من معامل انكسار المادة، التي تكون عادة أعلى من معامل انكسار الماء. وللسبب نفسه يكون معامل الانكسار أقل بالقرب من السطح العلوي للنتوءات.



وهكذا، يحدث ازدياد وئيد ـ وليس مفاجئا ـ في معامل الانكسار مرورا من الماء المحيط إلى جسم الحيوان، ويقلل هذا الانتقال الوئيد من مقدار الانعكاس. وفي الحقيقة إن هذا الأمر يعمل بطريقة جيدة جدا، مما استدعى مصممي العدسات اليوم إلى استعمال ذلك المبدأ لتحسين طلاء coating العدسات في البصريات العالية الأداء. ويُذكر أن مؤسسة نورثروب گرومان Northrop Grumman استخدمته في طائراتها الشبح القاذفة للقنابل من الطراز B2 بغية تقليل الانعكاسات الرادارية عن سطح الطائرة.

متطلبات الخفائية

إن إبقاء الانعكاسات في حدها الأدنى أمر ضروري ـ ولكنه غير كاف ـ لتحقيق الخفائية. فالضوء يجب أن يمر من دون إعاقة عبر الجسم، الأمر الذي يتطلب ألا ينتاب الحزم الضوئية أثناء مرورها أي تشتت (تبعثر) scatter أو امتصاص. فكل من هاتين الظاهرتين من شأنه أن يجعل الجسم مرئيا بدرجة أكبر، ولكن من بين الاثنين يعد التشتت العائق الأهم لشفافية الحيوان؛ لأن القليل جدا من الجزيئات العضوية يمتص الضوء.



ينجم التشتت عن التغيرات في معامل الانكسار. فأثناء مرور الضوء من مادة إلى أخرى يغير تبدل معامل الانكسار من سرعة الضوء. إضافة إلى ذلك فإن الحزمة الضوئية ما لم تدخل المادة الجديدة دخولا عموديا تماما، فإن اتجاه الحزمة يتغير.



تمتلك الأنسجة الحيوانية عادة بعض الاختلافات في معامل الانكسار بسبب تنوع المكونات اللازمة للحياة (من خلايا وألياف ونوى وأعصاب وغيرها). وحتى الحيوانات الهلامية، التي تحتوي على كمية كبيرة نسبيا من الماء، تتصف باختلافات في معامل الانكسار. ونشير إلى أن العلاقة بين تباين معامل الانكسار وبين تشتت الضوء علاقة بالغة التعقيد، ولا نعرف تفاصيل توزيع معامل الانكسار داخل الأنسجة الحية.



ومع ذلك، فإنني ـ باستعمال نماذج مبسطة، إلى جانب الافتراض بأن النسيج يحتاج إلى حجوم معينة من المكونات المختلفة كي يبقى حيا ـ درست كيف يؤثر كل من حجم وشكل ومعامل انكسار هذه المكونات في الكمية الإجمالية لتشتت الضوء. ونشير هنا إلى أن صانعي الدهانات المنزلية يستعملون طرائق مشابهة لتعظيم التشتت الضوئي، ومن ثم القوة الحاجبة (الساترة) لدهاناتهم.



لقد كان توزيع المكونات وحجومها أهم عاملين. فإذا كانت إحدى الخلايا تتطلب حجما معينا من الدهون (الشحوم) لتبقى على قيد الحياة ولكن ينبغي في الوقت نفسه أن يكون تشتيت الضوء لديها في أدنى حدوده الممكنة، فإن أفضل استراتيجية لذلك تكون بتجزئة الدهون إلى عدد كبير من القطيرات البالغة الصغر. أما تجزئتها إلى قطيرات كبيرة وقليلة العدد فتُعد استراتيجية أسوأ قليلا من سابقتها، في حين أن الاستراتيجية الأسوأ تتمثل في تجزئة الدهون إلى قطيرات ذات أبعاد تقارب طول موجة الضوء. أما معامل انكسار الدهون فهو أقل أهمية، في حين يكون شكل القطيرات أقل العوامل أهمية. وتقدم هذه العوامل مرشدا لما ينبغي أن نبحث عنه في التشريح المجهري للحيوانات الشفافة.



ومع ذلك فإن التباين في معامل الانكسار لا يسبب تشتتا على الدوام. فإذا كانت مقادير التباين جميعها أقل من نصف طول موجة الضوء، فإن الضوء المشتَّت الناجم عن جميع التباينات يزول بفعل التداخل الهدام destructive interference؛ بمعنى أن تتراكب موجات الضوء على نحو تبطل فيه إحداها الأخرى.



فعلى سبيل المثال، يتألف كل من بياض العين (الصُّلْبَة) وقرنيتها من طبقات كثيفة من الألياف الكولاجينية؛ ولكن لما كانت ألياف القرنية أصغر حجما وأحكم تراصا، فإن التباينات في معامل الانكسار تكون جميعها أصغر من نصف الطول الموجي للضوء [انظر ما هو مؤطر في الصفحة 36]. ولذلك، يحدث تداخل هدام قوي، ويكون العضو شفافا. ولولا هذا التداخل لكانت القرنية معتمة تماما. ونشير هنا إلى أن السَّاد (عتامة العدسة) cataract تنشأ مع تقدم العمر حينما يختل هذا التراص المتجانس للألياف، بحيث يقضي على تداخلها الهدام.



تعد الشفافية مثالا استثنائيا للتطور استجابةً للظروف الصعبة. فمن خلال تحويرات ذكية لأجسامها وخلاياها، وجدتْ هذه الحيوانات الرهيفة سبيلا لبقائها على قيد الحياة في بيئة مكشوفة خطرة. وكما يصدق القول غالبا، فإن طرائقها التي تطورت تطورا طبيعيا تضارع أحدث الإنجازات التقانية ـ في هذه الحالة: مجالات الألياف البصرية والطلاءات البصرية المضادة للانعكاس والدهانات المنزلية. وتعد دراسة هذه التحورات وثيقة الصلة ببحوث الساد، وبحقل تشخيص أمراض الجلد ومعالجتها باستخدام الضوء. إن هذه الحيوانات، بقدر ما هي منتشرة وغامضة في آن معا، لديها أشياء مذهلة نتعلمها منها.

معلومات قيمة