چرا ماهی‌ها نمی‌توانند هم فک متحرک و هم دندان‌های بزرگ داشته باشند؟

1

در دنیای زیر آب و در مسیر تکامل ماهی‌ها، تغذیه همه چیز است. موفقیت در بقا به توانایی در شکار مؤثر غذا بستگی دارد؛ چه طعمه‌های متحرک باشد، چه جلبک‌های چسبیده به صخره‌ها.

تحقیقی جدید که در مجله PLOS Biology منتشر شده، نشان می‌دهد که ماهی‌ها در برابر یک انتخاب آناتومیکی قرار دارند:
یا باید دندان‌های بزرگ داشته باشند یا فک‌های متحرک. آن‌ها نمی‌توانند هر دو را با هم داشته باشند.

بررسی علمی: دو راهی دندان و فک در ماهی‌ها

نیک پیپلز و همکارانش در دانشگاه UC Davis با استفاده از ویدیوهای سرعت بالا و مدل‌های تکاملی، این مسئله را در میان ۱۶۱ گونه از ماهیان شعاع‌پر بررسی کردند.

ماهیان شعاع‌پر؛ سلطه‌گران دنیای آب

ماهی‌های شعاع‌پر (Ray-finned fishes) حدود نیمی از تمام گونه‌های مهره‌داران را تشکیل می‌دهند.
موفقیت تغذیه‌ای این ماهی‌ها به دو ویژگی اساسی بستگی دارد:

• دندان‌های بلند که به آن‌ها در آسیب رساندن یا گرفتن طعمه کمک می‌کند.
• فک‌های قابل گسترش که مکش لازم برای گرفتن طعمه‌های فرار را فراهم می‌آورد.

اما نکته اینجاست که این دو ویژگی به ندرت در یک گونه مشاهده می‌شوند.

دندان‌های بزرگ، فک‌های کم‌تحرک

سه روش اصلی تغذیه در ماهی‌ها:

محققان ویدیوهای ضبط‌شده را تحلیل کردند تا ببینند ماهی‌ها چگونه به طعمه نزدیک می‌شوند:

• حرکت بدن به سمت جلو (Body Ram)
• جلو دادن فک (Jaw Ram)
• مکش طعمه (Suction)

۷۶ درصد از گونه‌ها به حرکت بدن به سمت طعمه متکی بودند و مکش، به ندرت نقش اصلی را ایفا می‌کرد.

ارتباط مستقیم اندازه دندان و نحوه شکار

نتایج نشان داد که:

• ماهی‌هایی با دندان‌های بزرگ تقریباً همیشه از Body Ram استفاده می‌کنند.
• ماهی‌هایی با دندان‌های کوچک‌تر در جلو دادن فک موفق‌ترند.

هیچ ارتباط مشخصی بین اندازه دندان و استفاده از مکش مشاهده نشد. در کل، هرچه دندان بزرگ‌تر باشد، فک کم‌تحرک‌تر خواهد بود.

محدودیت اندازه دندان در تنوع رفتاری

برای بررسی ریشه تکاملی این تضاد، پژوهشگران مدل‌های آماری را بین گونه‌هایی با رفتارهای تغذیه‌ای متفاوت اجرا کردند.

نتیجه:

یک تضاد تکاملی واضح آشکار شد:

• گونه‌هایی که به Jaw Ram متکی بودند، دندان‌هایی چهار برابر کوچک‌تر از گونه‌هایی داشتند که به حمله با بدن متکی بودند.
• افزایش اندازه دندان، به طور قابل‌توجهی تنوع رفتاری در شکار را کاهش می‌دهد.
• ماهی‌های با دندان‌های کوچک‌تر، انعطاف بیشتری در استفاده از فک و مکش دارند. این انعطاف در ماهی‌های دندان‌دارتر از بین می‌رود.

ساختار فک و مسیر تکامل

اکثر ماهیان شعاع‌پر، دندان‌های جایگزین را درون استخوان فک رشد می‌دهند.
برای این کار به فضای کافی نیاز است؛ به‌ویژه اگر دندان‌ها بزرگ باشند.

اما فک‌های قابل گسترش:

• باریک و سریع‌اند.
• فضای محدودی دارند.
• نمی‌توانند دندان‌های خیلی بزرگ را درون خود جای دهند.

نتیجه:

ماهی‌هایی با فک متحرک، قادر به داشتن دندان‌های بسیار بزرگ نیستند.

به گفته محققان:
«این موضوع برای گونه‌هایی که فک آن‌ها جلو می‌آید، معضل ایجاد می‌کند.»

از طرفی، دندان‌های بزرگ ممکن است:

• در حمله‌های مکشی ایجاد مقاومت در برابر آب کنند.
• جریان آب را مختل نمایند.

در نتیجه، ماهی‌هایی که از مکش استفاده می‌کنند، احتمالاً عمداً دندان‌های کوچک نگه می‌دارند.

راهکار ماهی‌ها برای حفظ دندان بزرگ

برخی گونه‌ها با تغییرات ویژه، این مشکل را دور می‌زنند:

• دندان‌های به هم جوش‌خورده در ماهی طوطی (Parrotfish) که شبیه منقار می‌شوند.
• ساختار دندان‌های چند لایه در ماهی بادکنکی (Pufferfish) که به ابزارهای برش سخت تبدیل می‌شوند.
• اتصال دندان‌ها به بافت نرم در Triggerfish برای پشتیبانی بیشتر.
• شفت‌های دندانی انعطاف‌پذیر در Butterflyfish

این تغییرات به گونه‌های دندان‌دار بزرگ امکان می‌دهد تا رژیم‌های غذایی ویژه داشته باشند؛ مانند:

• خراشیدن مرجان
• خوردن زباله‌های آلی
• حتی چوب‌خواری

پیپلز در این باره می‌گوید:
«زمانی که بررسی کردیم کدام گونه‌ها دندان‌های بسیار بزرگ دارند، متوجه شدیم آن‌ها سیستم‌های دندانی منحصربه‌فردی هم دارند، مثل منقار ماهی طوطی.»

محدودیت‌های موفقیت در تغذیه

تکامل ماهی‌ها، یک قانون ساده اما قوی را نشان می‌دهد:
نمی‌توان همه چیز را با هم داشت.

هرچند دندان‌های بزرگ و فک‌های متحرک هر دو به بقا کمک می‌کنند، اما تلاش برای داشتن هر دو به نتیجه معکوس منتهی می‌شود.

به گفته محققان:
«بسیاری از نوآوری‌های تغذیه‌ای در ماهی‌ها تکامل یافته‌اند، و نتایج ما نشان می‌دهد که بررسی تعامل میان این ویژگی‌ها اهمیت دارد، زیرا برخی از آن‌ها ممکن است با یکدیگر ناسازگار باشند.»

ویدیوهای سرعت بالا در این مطالعه، حرکات و رفتارهایی را آشکار کرد که در مشاهده معمولی در آکواریوم قابل تشخیص نیستند.

گزینش: گاز گرفتن سخت یا حمله سریع

گونه‌هایی که دندان‌های بزرگ تکامل داده‌اند:

• قدرت فک را از دست داده‌اند
• اما رژیم‌های غذایی تازه‌ای به دست آورده‌اند.

از سوی دیگر، گونه‌هایی با فک‌های منعطف:

• قدرت گرفتن یا آسیب زدن به طعمه را قربانی کرده‌اند.
• اما در عوض چندمنظوره‌تر شده‌اند.

این پژوهش نشان می‌دهد که محدودیت‌های فیزیکی چگونه مسیر تکامل را شکل می‌دهند.
حتی در گروهی به این اندازه متنوع مانند ماهیان شعاع‌پر، طبیعت محدودیت‌هایی را اعمال می‌کند.

شاید همین محدودیت‌هاست که باعث می‌شود ماهی‌ها در مسیر تکامل با یک دو راهی روبه‌رو شوند:
یا سخت گاز بگیر، یا سریع حمله کن — اما هرگز هر دو را با هم نداشته باش.