في حقبة الكربون الجيلوجية ، قبل 300-350 مليون سنة، كانت البرمائيات الزاحفة (crawling amphibians) هي الكائنات السائدة. انحدرت البرمائيات عن الاسماك وكانوا لازالوا مرتبطين بقوة بالماء، حيث استمروا يضعون بيوضهم فيها.
صورة
في ذات الفترة تطورت منهم فئة amnioter, الى ذوات الاربع ارجل وشكلوا الاصل للجزء الاعظم من الفقريات. كانت هذه الفئة متلائمة افضل مع الحياة على اليابسة، وبيضها تحمل الجفاف. قبل 320 مليون سنة انقسمت هذه المجموعة الى قسمين رئيسيين: ساوروبسيدير sauropsider وسينابسيدير، synapsider. من القسم الاول تطورت مجموعة السلاحف والتماسيح والديناصورات، وايضا الطيور.
قبل هذه التطورات، امتلك القسم الثاني فترة ذهبية. في نهاية العصر الجيولوجي باليوزويسك paleozoiska, قبل حوالي 250 مليون سنة، تطورت عدة فروع من الانواع. مثلا Dicynodonter, كانوا من آكلة الاعشاب وظهرت منهم انواع متعددة الاحجام من حجم الفأر الى حجم الثور، وكان يملك منقار.
Therocephalier
كان حيوان متوحش يشبه الكلب ورأسه كبير. في حين ان gorgonopsid كان يماثل القطط الطويلة الانياب ( التي انقرضت منذ فترة قريبة). وعلى الرغم من ان غالبية العوائل التي انتمت الى مجموعة سينابسيدر قد انقرضت، إلا ان سينابسيدر، كجماعة، تمكن من تفادي عوامل الموت الجماعي التي ادت الى انقراض الديناصورات، خلال فترة ترياس، قبل 250-200 مليون سنة. لقد انتشر في مختلف البيئات واعضاءه كانوا من آكلة العش واللحوم على السواء.
صورة
في نهاية حقبة ترياس بدأت كائنات السينابسيدر تحل مكان الديناصورات، ليبدأ عصر جديد.
غالبية عوائل هذه المجموعة انقرضت لاسباب غامضة في نهاية حقبة الجورا قبل 150 مليون سنة. غير انه بقت عائلة منهم هي عائلة اللبونات. بعد اختفاء الديناصورات اصبحت الساحة مفتوحة امام اللبونات للحلول محل السادة القدماء، ليبدء التلائم لاستيعاب كافة البيئات الشاغرة. اليوم نجد ممثلي هذه المجموعة في كل مكان، من الفأر الصغير الى الحوت الازرق العملاق.
غير ان هذا التطور تطلب العديد من ملايين السنين ، وبعض التحورات الصغيرة كانت حلول حاسمة.
اسنان اللبونات مختلفة كثيرا عن بقية الفقريات. غالبية السلاحف، الاحياء منهم والمنقرضة، اسنانهم متشابهة للغاية. عند افراد النوع الواحد نجد ان الاسنان تشابه بعضها البعض بالشكل والحجم. الوظيفة الرئيسية لهذه الاسنان هو إمساك الطعام واحتمال تقطيعه قبل بلعه.
نشوء سقف حنك اضافي
عند أجداد اللبونات تطورت قدرة جديدة تسمح للفك بالتحرك الى الجوانب عوضا عن الاكتفاء بالتحرك الى الاسفل والاعلى. وطهرت اسنان من انواع مختلفة في الشكل والحجم تسمح بتجهيز الطعام اكثر قبل بلعه. بفضل القدرة على طحن الطعام استطاعت هذه الانواع استخلاص مواد مفيدة اكثر من الطعام وهضم الطعام اسرع، بمعنى اخر الانزيمات حصلت على مساحة اكبر للعمل.
ذلك يعني المزيد من الطاقة في وحدة الزمن وبالتالي نمط حياة اكثر نشاطا. من خلال دراسة الاسنان وآثار الحت، يمكن للباليونتولوجيين معرفة فيما إذا كانت الاسنان أستخدمت لطحن الطعام.
الثدييات هي فرع من الفقريات نشأ لديها حنك اضافي. السحالي مثلا بقيت على حالها كما في الوضع القديم، اي بقي لديها سقف حلق واحد. لذلك لايوجد لديها حاجز يفصل بين الهواء الداخل من فتحات الانف والهواء الداخل من الفم.
على العكس نجد ان الثدييات تملك ممرا خاصا للهواء القادم من الانف. ذلك يسمح للحيوان بالاكل والتنفس في نفس الوقت. غالبا يحصل ان وظيفة نشأت عبر التطور، في حقيقة الامر نشأت لاسباب مغايرة عما انتهى اليه الامر. كل جزء مضاف من اجزاء السقف الاضافي اضاف قوة دعم جديدة لعظم الرأس وكان الحصول على هذا الدعم يقدم افضلية تطورية، إذ يساعد على زيادة قوة القضم. في النهاية اصبح هناك سقف حلق اضافي ايضا.
نظام الاسنان الدوري
غالبية السمك ، الى جانب بقية الفقريات، تتجدد الاسنان لديهم طول الحياة. عندما تفقد سن من الاسنان لسبب ما يتعوض بسن جديد. عند الثدييات الامر ليس كذلك، إذ تبدأ اسنان الحليب، وعندما تتساقط يجري تعويضها بمجموعة جديدة من الاسنان، مرة واحدة. لذلك خسارة سن مسألة جدية لدى الثدييات. هذه الثغرة تعوضت بتموضع الاسنان بعمق على لحم الحنك، بحيث من الصعب انتزاع السن. جذر الاضراس منغرس بجذرين والسن مغطى ببنية كيميائية تحميه من الحت.
ولكن هل هذا تطور ان يحصل المرء على اسنان ستخدم طول الحياة، ولاتعوض عند الفقدان، عوضا عن تعويض الاسنان المفقودة والمتضررة؟
نعم، يوجد مربح كبير في ذلك.
عندما تكن الاسنان متساوية في الكبر ومتساوية في الحت يمكنها عند ذلك ان تنطبق على بعضها عند أغلاق الفم. وان سطوح الاسنان قادرة على التلامس أحد الشروط ليمكن سحق الطعام. عندما تكون الاسنان في درجات نمو مختلفة لايمكن اغلاق الفم ولن تتناسب الاسنان العليا مع السفلى، وسحق الطعام لن ينجز كما يجب.
Ennatosaurus
صورة
اختلاف الاسنان واضلاع تغطي البطن وأرجل قوية..هذا مايميز العائلة الجديدة
مع ازدياد اهمية طحن الطعام ازدادت عضلات الحنك قوة وانتشارا على الوجه. عظم الحنك اخذ شكلا جديدا بالتوافق مع عضلات الوجه.
اسباب ظهور الرضاعة
يعتقد المرء ان غدد الحليب انحدرت عن تطور غدد عرق عادية. القدرة على ارضاع الصغار كان يُعتقد انها خاصية مميزة عند الثدييات بحيث ان ذلك اصبح اسم المجموعة بكاملها. اسم المجموعة باللاتينية جاءت من كلمة ماماليا mammalia, وتعني "الصدر او الثدي".
أطعام الصغار بالارضاع خاصية مميزة من عدة وجوه. بالدرجة الاولى تقدم الام طعاما غنيا بالطاقة والفيتامينات. الام تتغذى وتخزن فائض الطاقة ثم تنتج الحليب. بذلك تتخلص الثدييات من الحاجة للاعتماد على مواسم معينة، عندما يكون هناك وفرة بالغذاء، كما هو الحال لدى الطيور مثلا.
كيف نشأ الارضاع، لااحد يعلم، ولكن توجد بعض الدلائل لبناء فرضيات محتملة.
على الرغم فوائد الحليب، فإن وظيفته الاصلية لم تكن من اجل اعطاء الغذاء، على الاغلب. الوظيفة الاصلية، التي اعطت افضلية تطورية، يمكن ان تكون تقوية المناعة الرضيع. الوليد الذي يلحس عرق امه حمل حظوظا اعلى للعيش، ووضع الاسس لتكبير غدد العرق ونشرها، وفي النتيجة ظهر الارضاع.
حقيقة ان المناعة، ضد مختلف الامراض، الذي انتقل مع الرضاعة، مهم للغاية حتى بالنسبة للبشر. الحليب يحتوي على بروتين قادر على مهاجمة البكتريا.
فرضية اخرى، محتملة، ان السائل الاصلي ، الذي اصبح حليب فيما بعد، كان يساعد على الحفاظ على رطوبة الصغار. نعلم ان كائنات السيباسيدر ، في المرحلة المبكرة، كانوا يضعون بيض، ومن المحتمل انها كانت تأخذ الماء من حواليها كما تفعل البيوض الطرية للسلاحف اليوم. يمكن ان يكون انها قامت بفرز السوائل على البيض حتى تمنع جفافهم.
هناك اقتراح اخر ان تفسير ذلك لابد ان له روابط قوية مع خاصية هامة لدى الثدييات. الحيوان الذي يغير اسنانه على الدوام يستطيع ان يفعل ذلك حتى في خلال فترة النمو بدون اية تأثيرات. ولكن الحيوان الذي يغير اسنانه بضعة مرات فقط، ويملك اعداد محدودة من الاسنان لايمكن لهذه الاسنان ان تنمو عندما يكون الفك لازال صغيرا. هذا سيؤدي الى فارق واضح ، لاحقا عندما ينمو الفك ويصبح اكبر من مجموع الاسنان. ولكن الحيوان الذي يمضي سنواته الاولى بالرضاعة لايحتاج الى اسنان مبكرا، إذ ان طعامه من السوائل. ذلك يعطي الفك فرصة لينمو قبل ان يحتاج الامر الى نمو اسنان الحليب. وعندما يصبح الوقت مناسبا لبزوغ الاسنان النهائية يكون الفك بالغ النمو، بحيث ان الاسنان يمكن ان تطور في انسجام. لذلك، ترى هذه الفرضية ان الرضاعة هي امر لابد منه لنشوء كائن بنظام دورتين من الاسنان وبالنتيجة اسنان متماسة مع بعضها، كما لدى الثدييات.
زيادة التبادل الغذائي ونشوء الدم الحار
الحيوانات البرية الاولى كانت تتبادل الحرارة مع محيطها، ولذلك فهي تعتمد على دفئ الجو لترفع درجة حرارتها وتصبح قادرة على النشاط، تماما كما هو الحال اليوم عند السحالي.
الدم الحار نشأ مرتين خلال تاريخ الثدييات. ذلك بالترابط مع الاستهلاك العالي للطاقة وارتفاع النشاط. كل هذه الطاقة تؤدي الى فائض في الحرارة ، لكون الجسم لايملك آلية إحتراق فعالة. فائض الحرارة رفعت حرارة الجسم ونشوء الجلد المغطى بالشعر او الصوف ( عند الطيور نشأ الريش) ساعد على عزل الحرارة والحفاظ عليها.
إمتلاك حرارة جسم عالية بإستمرار يساعد على زيادة النشاط ولكنه يفضي ايضا الى استهلاك طاقة عالية. متى نشأت خاصية الدم الحار لااحد يعلم على الدقة ولكن نشوء الجلد المغطى بالشعر ( او الصوف) احدى المؤشرات على وقت نشوئه. للاسف من النادر ان يتحول الشعر الى مستحاثة، ولكن توجد آثار دلالية اخرى في عظام المستحاثة.
العظام المستقيمة تزيد السرعة
غالبية اناطوميا الثدييات تعكس نمط حياتهم ونشاطاتهم اليومية. نمط الحياة والاكالوجيا لايمكن جعلها مسحاثات مباشرة ولكن من خلال دراسة عظام الحيوانات يمكن لنا ان نستنتج صورة واضحة عن طريقة حياتهم. رباعيات الاقدام البدائية كانوا، نسبيا، قليلي النشاط، وهؤلاء ايضا كانوا الاجداد الاقدم للثدييات. مستحاثات سينابسيدر ينعكس عليها التطورات التي حصلت لها ببطئ ولكن بوضوح على مدى ملايين السنين لنرى كيف تحولت من حيوانات بطيئة الى حيوانات سريعة، وعندها اصبحت تحتاج الى المزيد من الطاقة.
يمكن ان يقال ان سينابسيدر الاوائل كانوا يزحفون بشكل من الاشكال. اقدامهم كانت منحية مبتعدة عن جسمهم، تماما على نمط السحالي والتماسيح. وتماما كما حدث مع الديناصورات اصبحت بعض الجماعات تمشي منتصبة اكثر من السابق. الاقدام اصبحت تحت الجسم مما جعل من الاسهل التقدم للامام. ولكون ثقل الجسم اصبح يرتكز على الاقدام قلت الاهمية الاسنادية للحوض والبطن. الاطراف الامامية التي كانت قصيرة اصبحت طويلة وعريضة. الاصابع والاظافر اصبحت اقصر.
الثدييات اصبحت ليس فقط اسرع ولكن ايضا اكثر قدرة على التحمل. الحيوان الاول الذي خرج الى اليابسة كان يتحرك للامام من خلال تحريك جسمه لليمين ولليسار تماما كما تفعل السحلية اليوم. عندما تقوم الفقريات بالانحناء الى اليمين ينضغط الهواء من الرئة اليمنى الى اليسرى وبالعكس. لذلك لاتستطيع السحلية التنفس وهي تركض، إذ ليس هناك مكان لهواء جديد.
وعلى الرغم من إمكانية رضها بسرعة لفترة الا ان عليها التوقف للتنفس، بسبب نقص الاوكسجين في العضلات. هذا الامر نلاحظه في حركة السحالي تخطو بضعة خطوات تتبعها بوقفة تامة.
عند الثدييات تطور حل لهذه المشكلة. فقاريات سينابسيدر صارت قادرة على الانحناء للاسفل والاعلى عوضا عن الجوانب. بذلك استطاعوا ان يركضوا ويتنفسوا في نفس الوقت.
الثدييات تستخدم ايضا عظام الاضلاع للتنفس ولكن الاهم انهم اصبحوا اقل مما لدى سابقيهم. الان اصبحوا يغطون فقط الصدر. عند السابقين مثل Dimertrodon كانت الاضلاع تصل الى عظام الحوض.
خسارة اضلاع البطن عند المستحاثات يدلل على انه ترك مكانه لنشوء غشاء البطين، الذي يعتبر جزء هام في منظومة التنفس عند الثدييات. هذه العضلة تساعد على ضغط وفتح الرئتين وتزيد من قوة استنشاق الاوكسجين في ظروف الاجهاد.
عند دخول الهواء يجب تدفئته وترطيبه قبل ان يصل الى الرئة، لكونها حساسة تجاه تغير الحرارة والجفاف. الهواء الخارج مع الزفير، والذي يكون مشبع بالرطوبة يجري استخراج هذه الرطوبة منه في ممرات الانف. غير ان سرعة التنفس يمكن ان تؤدي الى خسارة الرطوبة، إذ ان السوائل الموجودة في الهواء الخارج، لاتلحق بالتجمع في الحجرات الانفية.
هذه المشكلة جرى حلها للمرة الاولى عند مجموعة من السينابسيدر تشبه الكلب. لقد نشأ لديها كمية من التجاويف والانفاق الانفية، مغطاة بأنسجة مخاطية، مما زاد من المساحة المعرضة للهواء. مع ازدياد قدرة الثدييات على الركض والتحمل، أصبحوا قادرين على زيادة مساحة بحثهم خلف الطريدة. بدوره ادى ذلك الى انتشارهم على مساحات جديدة وفي بيئات جديدة، والذي بدوره ادى الى نشوء انواع جديدة.
