صورة بالأشعة المقطعية للأمعاء الحلزونية لقرش كلب البحر الشوكي في المحيط الهادئ (Squalus suckleyi). بداية الأمعاء على اليسار والنهاية على اليمين. الائتمان: سامانثا لي / جامعة ولاية كاليفورنيا دومينغيز هيلز
على عكس ما تصوره وسائل الإعلام الشعبية ، نحن في الواقع لا نعرف الكثير عما تأكله أسماك القرش. لا يُعرف الكثير عن كيفية هضم طعامهم ، والدور الذي يلعبونه في النظام البيئي للمحيطات الأكبر.
لأكثر من قرن من الزمان ، اعتمد الباحثون على الرسومات المسطحة للجهاز الهضمي لأسماك القرش لمعرفة كيفية عملها - وكيف يؤثر ما يأكلونه ويخرجونه على الأنواع الأخرى في المحيط. الآن ، أنتج الباحثون سلسلة من عمليات المسح ثلاثية الأبعاد عالية الدقة للأمعاء لما يقرب من ثلاثين نوعًا من أسماك القرش ، والتي ستعمل على تعزيز فهم كيفية تناول أسماك القرش وهضم طعامها.
ثلاثة أسماك قرش كلب البحر الملساء (Mustelus canis). الائتمان: إليزابيث روبرتس / ويكيميديا كومنز
وقالت سامانثا لي ، الأستاذة المساعدة في جامعة ولاية كاليفورنيا دومينغيز هيلز ، "لقد حان الوقت لاستخدام بعض التقنيات الحديثة للنظر في هذه الأمعاء الحلزونية المذهلة لأسماك القرش". "لقد طورنا طريقة جديدة لمسح هذه الأنسجة رقميًا ويمكننا الآن النظر إلى الأنسجة الرخوة بمثل هذه التفاصيل الرائعة دون الحاجة إلى قطعها."
نشر فريق البحث من جامعة ولاية كاليفورنيا دومينغيز هيلز ، وجامعة واشنطن ، وجامعة كاليفورنيا في إيرفين ، النتائج التي توصلوا إليها في 21 يوليو في المجلة. وقائع الجمعية الملكية B.
صورة مسح ضوئي بالأشعة المقطعية للأمعاء الحلزونية لسمك القرش كلب البحر ، تظهر من أعلى إلى أسفل. الائتمان: سامانثا لي / جامعة ولاية كاليفورنيا دومينغيز هيلز
استخدم الباحثون في المقام الأول ماسحًا للتصوير المقطعي المحوسب (CT) في مختبرات فرايداي هاربور التابعة لجامعة واشنطن ، لإنشاء صور ثلاثية الأبعاد لأمعاء سمك القرش ، والتي جاءت من عينات محفوظة في متحف التاريخ الطبيعي في لوس أنجلوس. يعمل الجهاز مثل ماسح التصوير المقطعي المحوسب القياسي المستخدم في المستشفيات: يتم التقاط سلسلة من صور الأشعة السينية من زوايا مختلفة ، ثم يتم دمجها باستخدام معالجة الكمبيوتر لإنشاء صور ثلاثية الأبعاد. يسمح هذا للباحثين برؤية تعقيدات أمعاء سمك القرش دون الحاجة إلى تشريحها أو إزعاجها.
سمكة قرش كلب البحر الشوكية الحية في المحيط الهادئ (Squalus suckleyi). الائتمان: سامانثا لي / جامعة ولاية كاليفورنيا دومينغيز هيلز
قال المؤلف المشارك آدم سمرز ، الأستاذ في UW Friday Harbour Labs الذي قاد جهودًا عالمية لمسح الهياكل العظمية للأسماك وغيرها الحيوانات الفقارية. "الأمعاء معقدة للغاية - مع وجود العديد من الطبقات المتداخلة ، بحيث يؤدي التشريح إلى تدمير السياق والاتصال بالأنسجة. سيكون الأمر أشبه بمحاولة فهم ما ورد في إحدى الصحف عن طريق أخذ المقص إلى نسخة مطوية. القصة فقط لن تتماسك ".
صورة مسح ضوئي بالأشعة المقطعية للأمعاء الحلزونية لسمك القرش كلب البحر الناعم (Mustelus canis) ، معروضة
من أعلى إلى أسفل. الائتمان: سامانثا لي / جامعة ولاية كاليفورنيا دومينغيز هيلز
اكتشف الباحثون من خلال عمليات المسح التي أجروها عدة جوانب جديدة حول كيفية عمل أمعاء سمك القرش. يبدو أن هذه الأعضاء ذات الشكل الحلزوني تبطئ حركة الطعام وتوجهه نحو الأسفل عبر القناة الهضمية ، بالاعتماد على الجاذبية بالإضافة إلى التمعج ، وهو الانقباض الإيقاعي للعضلات الملساء في القناة الهضمية. تشبه وظيفتها الصمام أحادي الاتجاه الذي صممه نيكولا تيسلا منذ أكثر من قرن والذي يسمح للسوائل بالتدفق في اتجاه واحد ، دون تدفق عكسي أو مساعدة من أي أجزاء متحركة.
يمكن أن يلقي هذا الاكتشاف ضوءًا جديدًا على كيفية تناول أسماك القرش وطعامها. وأوضح لي أن معظم أسماك القرش عادة ما تمر أيامًا أو حتى أسابيع بين تناول وجبات كبيرة ، لذا فهي تعتمد على قدرتها على الاحتفاظ بالطعام في نظامها وامتصاص أكبر عدد ممكن من العناصر الغذائية. ربما تسمح الحركة البطيئة للطعام عبر أمعائها التي تسببها الأمعاء الحلزونية لأسماك القرش بالاحتفاظ بطعامها لفترة أطول ، كما أنها تستخدم طاقة أقل في معالجة هذا الطعام.
يُظهر هذا الفيديو صورة ثلاثية الأبعاد للأمعاء الحلزونية لكلب البحر الشوكي في المحيط الهادئ (Squalus suckleyi). الائتمان: سامانثا لي / جامعة ولاية كاليفورنيا دومينغيز هيلز
قال الباحثون ، لأن أسماك القرش هي من الحيوانات المفترسة الأولى في المحيط ، كما أنها تأكل الكثير من الأشياء المختلفة - اللافقاريات والأسماك والثدييات وحتى الأعشاب البحرية - فهي تتحكم بشكل طبيعي في التنوع البيولوجي للعديد من الأنواع. إن معرفة كيفية معالجة أسماك القرش لما تأكله ، وكيف تفرز النفايات ، أمر مهم لفهم النظام البيئي الأكبر.
"الغالبية العظمى من أنواع أسماك القرش ، ومعظم علم وظائف الأعضاء ، غير معروفين تمامًا. قال سمرز إن كل ملاحظة للتاريخ الطبيعي والتصور الداخلي والتحقيق التشريحي تظهر لنا أشياء لم يكن بإمكاننا التكهن بها. "نحن بحاجة إلى النظر بجدية أكبر إلى أسماك القرش ، وعلى وجه الخصوص ، نحتاج إلى النظر بجدية أكبر إلى أجزاء أخرى غير الفكين ، والأنواع التي لا تتفاعل مع البشر."
يُظهر هذا الفيديو الأنسجة الرخوة للأمعاء الحلزونية لكلب البحر المحيط الهادئ الشوكي (Squalus suckleyi) ، ويتم تدويرها ومشاهدتها من زوايا مختلفة. الائتمان: سامانثا لي / جامعة ولاية كاليفورنيا دومينغيز هيلز
يخطط المؤلفون لاستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد لإنشاء نماذج للعديد من أمعاء سمك القرش المختلفة لاختبار كيفية تحرك المواد عبر الهياكل في الوقت الفعلي. كما يأملون في التعاون مع المهندسين لاستخدام أمعاء سمك القرش كمصدر إلهام للتطبيقات الصناعية مثل معالجة مياه الصرف الصحي أو تصفية المواد البلاستيكية الدقيقة خارج عمود الماء.
المرجع: 20 يوليو 2021 ، وقائع الجمعية الملكية B.
DOI: 10.1098 / rspb.2021.1359
المؤلفون المشاركون الآخرون في الورقة هم دونوفان جيرمان من جامعة كاليفورنيا ، إيرفين ، وسارة هوفمان من الخدمات البيولوجية التطبيقية.
تم تمويل هذا البحث من قبل Friday Harbour Laboratories ، وزمالة UC Irvine OCEANS لأبحاث الخريجين ، وزمالة أبحاث الخريجين في مركز نيوكيرك ، وبرنامج زمالة أبحاث الخريجين التابع لمؤسسة العلوم الوطنية وجامعة كاليفورنيا في إيرفين.
