تحقیق در مورد شکل اعضای بدن و تاثیر آن بر عملکردشان

در این قسمت ابتدا توضیح کوتاهی درباره نظریه لاهادک و تشریح مقایسه ای میدهیم که هر دو بیانگر رابطه ی تناسب شکل اعضای بدن و عملکرد آنها هستند.

در قسمت بعد به طور اجمال سازگاریهای ساختار بدن انسان را برای زندگی بر روی کره ی زمین بیان میکنیم و کمی درباره ی شکل سه بعدی احتمالی موجودات فضایی توضیح میدهیم و سپس به بررسی تناسب اشکال سه بعدی سلولها با کارشان میپردازیم و بعد از آن تناسب شکل اعضای بدن انسان با عملکردشان را توضیح میدهیم و در نهایی به بررسی تناسب شکل اعضای بدن برخی از حیوانات با عملکردشان می پردازیم.

البته متأسفانه باید ذکر کنم، برخلاف آنچه که از ابتدای شروع تحقیق درباره ی تأثیر اشکال سه بعدی، به دنبال تأثیر اشکال اعضای بدن انسان بر عملکردشان هم بودیم، مطالب بسیار کمی را در این زمینه پیدا کردیم که کنار هم گذاشتن این مطالب، آنچه است که اکنون در پیش روی شماست.

* لامارکیسم چیست:

گرچه نخستین نظریه تحول جهان جانداران در سده ی ششم پیش از میلاد اظهار شده بود، با وجود این، کسی که این نظریه را به صورتی مشروح و مستدل و با مراعات جنبه ی علمی و به طور مثبت بیان کرد لامارک، گیاه شناس و جانورشناس فرانسوی بوده است.

او کار خود را در زمینه ی گیاه شناسی آغاز کرد و سپس به جانورشناسی، به ویژه مطالعه ی بی مهرگان، روی آورد. از دیگر افتخارات لامارک، تقسیم اساسی جانوران به دو گروه اصلی مهره داران و بی مهره گان و همچنین وضع و ابداع دو واژه ی بیولوژی، یعنی دانش زیست شناسی و زیست کره، یعنی مجموعه ی محیطهای زندگی جانوران است. به گمان لامارک، جهان جانداران تغییرپذیر است و این تغییرپذیری را نامحدود و مداوم می دانست.

خلاصه ی نظریه های لامارک:

- تغییر شرایط محیطی

- ایجاد نیازهای درونی جدید در موجودات زنده

- تلاش موجودات برای برطرف کردن نیازهای خود با برخورداری از نیروی ذاتی و درونی

- به کار افتادن بعضی از اندامها و از کار افتادن برخی دیگر (بر اثر به کار بردن و به کار نبردن اندامها)

- پدیدار شدن صفات جدید در موجودات زنده

- موروثی شدن صفات اکتسابی

- تکامل تدریجی موجودات زنده

لامارک بر این باور بود که عامل اصلی تغییردهنده ی جانداران محیط زندگی آنهاست. ولی به نظر او محیط هیچ گونه اثر مستقیمی در بروز تغییرات ندارد و تنها نقش محیط، ایجاد نیاز است.

یک تغییر واحد در محیط، در جانداران مختلف نیازهای متفاوت ایحاد میکند. موجودات زنده دارای نیروی ذاتی هستند که نیازها را تشخیص میدهد و هر جانداری به اقتضای نیاز خود در برابر محیط، تحولات مطلوب را ایجاد میکند. به بیان دیگر، محیط اثر خلاق ندارد و نوع برخورد موجود زنده با محیط برخورداری است فعال و نه انفعالی.

به اعتقاد لامارک، اگر نیازهای جدید به شکلی مستمر و پایدار درآیند، عادتهای تازه ایجاد میشوند. او در مورد اصل چهارم چنین اظهار میکند که در صورت به کار بردن زیاد یک اندام، آن اندام رفته رفته تقویت میشود و شکل جدیدی مناسب با عادتی که کسب کرده حاصل میکند و به نظر وی دراز شدن گردن و پاهای زرافه و ظهور پرده میان انگشتان پای اردک شکلان به همین روش صورت گرفته است. از طرفی وقتی عادت سبب به کار نبردن اندامی میشود، آن اندام رفته رفته تحلیل میرود و کوچک میشود، تا جایی که ممکن است به کلی از میان برود. به نظر این دانشمند نبود چشم جانداران ساکن غارهای تاریک و یا همچنین نبود دست و پا در مارها به همین سبب بوده است. لامارک همچنین به موروثی بودن صفات اکتسابی معتقد بود. این اصل معروفترین اصل در نظریه های اوست که به رواج لامارکیسم انجامید.

به اعتقاد او، تمام تغییراتی که به دلیل اکتساب (سازش) در طول دوره ی حیات به در ساختار افراد ظاهر میشوند. در طی زادآوری حفظ شده و به نسلهای بعد منتقل میگردند.

این نظریه بسیار موفقیت آمیز بود و به اشاعه اندیشه ی تکامل کمک بسیار کرد. اما سرانجام معلوم شد که نظریه لامارک نادرست است. اینکه به کاربردن و به کار نبردن اندامها به کسب صفتی می انجامد کاملاً درست است ولی اشتباه لامارک در این بود که چنین تغییرات اکتسابی (غیرژنتیکی) را موروثی می پنداشت. صفات اکتسابی موروثی نیستند زیرا ناشی از اثرات محیط و رشد جاندارند، نه اثرات ژنهای جاندار.

فقط صفات وابسته به ژنها موروثی هستند، آن هم به شرطی که ژنهای کنترل کننده ی آن در سلولهای زاینده «جنسی» موجود باشند. هرگونه تغییری که بر اثر به کاربردن و به کار نبردن اندامها و یا به هر علت دیگر، در سلولهای دیگر بدن غیر از سلولهای جنسی «گامتها» رخ دهد، تأثیری در ژنهای سلولهای زاینده نخواهد داشت.

خلاصه مطلب: بیشترین هدف ما از بررسی نظریه لامارکیسم، این بود که بگوییم او معتقد بود که شکل هر اندامی متناسب با نیازهایی است که در اثر محیط برای هر موجودی بوجود می آید.

* تشریح مقایسه ای

خلاصه ی مطلب:

«در این قسمت هم میخواهیم به طور اجمال، درباره ساختارهای هومولوگ و ساختارهای آنالوگ توضیح دهیم و بیان کنیم که بسیاری از ساختارهای موجودات مختلف، دارای ریشه ی جنینی یکسانی نیستند ولی شباهتهای ظاهر و سطحی را به علت دارا بودن عملکردهای مشابه از خود نشان میدهند. و با بیان این نظریه بر این مطلب، صِحّه بگذاریم که شکل اعضای بدن جانداران با عملکردشان تناسبی دو سویه دارد».

مقایسه ی قطعات ساختاری اندامهای مطالعه شده در ارگانیسمهای گوناگون ولی خویشاوند وجود شباهتی اساسی را نشان میدهد. این ساختارها، با اینکه ممکن است بر اساس عملکردشان و اگرایی حاصل کرده باشند، ولی دارای یک ریشه ژنتیکی مشترک برای شباهتهای بین خود هستند. چنین ساختارهای، ساختارهای همساخت (هومولوگ) نام دارند و همساختی( هومولوژی) ارتباط بین ساختارهایی است که به دلیل دارا بودن نیای مشترک، شباهتهایی را نشان میدهند.

آنالوژی ارتباط بین ساختارهایی است که تفاوتهای تشریحی دارند و دارای ریشه ی جنینی یکسانی نیستند ولی شباهتهای ظاهری و سطحی را به علت دارا بودن عملکردهای مشابه از خود نشان میدهند. گمان میرود که این ساختارهای همسان (آنالوگ) اصولاً برای اهداف متفاوتی خلق شده اند و عملکرد کنونی آنها به طور ثانویه به علت نیاز ایجاد شده است.

اینک به ساختارهای هومولوگ و آنالوگ با ذکر مثالهایی می پردازیم:

- دستهای انسان، گربه، بالهای خفاش، اندامهای جلویی سایر پستانداران به ویژه باله های شنای پستانداران دریایی مانند وال، دولفین و .... گرچه اعمال بسیار متفاوتی دارند، ولی به دلیل عناصر اسکلتی مشابه و دارا بودن نیایی مشترک، ساختارهای همولوگ به شمار میروند (شکل 3-1)

- شباهت در قطعات اسکلتی اندام جلویی خزندگان و دوزیستان نیایی و حتی نخستین ماهیهایی که میلیونها سال پیش از آب خارج و وارد خشکی ها شوند دارا بودن نیایی مشترک را نشان میدهند و ساختارهای هومولوگ به شمار میروند.

- بالهای حشرات و بالهای پرندگان ساختارهای همسان هستند، زیرا با آنکه عملکردهای مشابهی دارند، نمو آنها بدون وابستگی به یکدیگر صورت پذیرفته است. بال حشرات پرده ای است که توسط رگبالها نگهداری شده و از نظر جنینی از چین های راکتور در می به وجود آمده است، ولی بال پرندگان که توسط استخوانها نگهداری میشود از بندهای اولیه ی نر و درم جنین منشأ گرفته است. بالهای مهره داران به دلیل دارا بودن ریشه ای مشابه، ساختارهای همساخت به شمار می آیند.

- مثال کلاسیک دیگر، باله ماهی ها و اندامهای شنای پستانداران آبزی مثل والها، فوک ها و دولفین ها ست. این ساختارها عملکردی یکسان دارند ولی چون از نظر کالبدشناسی با هم متفاوت اند، اندامهای همسان نامیده میشوند.

علم تشریح مقایسه ای همچنین وجود ساختارهای تحلیل رفته را آشکار میسازد. این اندامهای به جا مانده یا رشد نکرده، قسمتهایی از بدن هستند که تحلیل رفته و بدون استفاده اند. ولی همین ساختارها، در دیگر خویشاوندان نیایی به شکلی کاملاً تمایز یافته وجود دارند و دارای عملکرد مهمی هستند.

رویدار وجود ساختارهای تحلیل رفته را میتوان در رابطه ی با گونه هایی که خود را با شرایط زیستی سازش میدهند، توضیح داد. برخی از ساختار برای بقاء از اهمیت کمتری برخوردارند. وقتی به چنین ساختارهایی دیگر برتری گزینشی داده نشود، معمولاً کوچکتر شده و عملکرد خود را با گذشت زمان از دست میدهند. در صورتی که وجود این ساختارها برای جاندار زیانبار نباشد، فشار گزینشی برای حذف کامل آن به گونه ای ضعیف عمل میکند و ساختار میتواند در نسلهای متوالی پایداری خود را حفظ کند.

بهترین مثال شناخته شده، آپاندیس (زاینده ی کرمی شکل ابتدایی روده ی بزرگ انسان است) که در نخستیان رشد بیشتری دارد و در هضم غذاهای سفت کمک میکند. در بدن انسان بیش از 100 ساختار تحلیل رفته شناسایی شده که شامل آپاندیس، استخوان دنبالچه، موهای بدن، دندان عقل، ماهیچه های گوش بیرونی و بسیاری دیگر هستند.

وال ها و پیتونها (مارهای بزرگ مناطق گرمسیری کاره ی قدیم که از پرندگان و پستانداران تغذیه میکنند) پاهای عقبی تحلیل رفته دارند که با زمین تماس برقرار نمیکنند.

در پرندگان بدون بال، استخوانهای بال تحلیل رفته اند و بسیاری از جانوران کور حفّار یا غارزی دارای چشمان تحلیل رفته اند که به کار نمی آیند.

*سازگاری ساختار بدن انسان برای زندگی بر روی کره ی زمین

بدن ما دائماً تحت تأثیر نیروی گرانش زمین قرار دارد. نیروی گرانش زمین به رانده شدن خود به درون بخشهای پایینی بدن کمک میکند. دستگاه گردش خون، سازگاری جالبی با این گرانش پیدا کرده است. اگر این سازگاری نبود، خون درون پاهای ما جمع میشد و پاها متورم میشدند.

این سازگاری چگونه حاصل شده است؟

گیرنده های مکانیکی در ماهیچه، تاندونها و مفصلها و قسمتهای مختلف گوش داخلی در بدن شما طوری تعبیه شه تا بتوانید درست جهتگیری کنید و در محیط زیست چابک و فعال باشید. به همین شکل فشار بدن شما طوری است که مایعات و پلاسمای خون با توجه به جاذبه به محیط در بدنتان توزیع شود. آناتومی و فیزیولوژی بدن، برای این سیّاره ساخته شد، تا بتوانید پروتئینها و کربوهیدارتها را هضم کند و ویتامین D را از خورشید جذب کرده و بسوزاند.

برخی اینگونه فکر میکنند که شاید بهتر بود برای جلوگیری از اثرات پیری مثل افتادگی پلکها و چروک شدن پوست بدن، در بی وزنی ممتد بسر می بردند. اما بی وزنی ممتد برای بدن ما وضعیتی غیرطبیعی به شمار می رود و میتواند بر تمامی حالتهای بدن اثر مخرب ایجاد کند. اگر ما در بی وزنی ممتد زندگی کنیم؛ ارگانهای حسّی در گوش داخلی به حرکات به طرز متفاوتی پاسخ میدهند و این سبب جهت گیری اشتباه و حالت تهوع خواهد شد. مایعات وارد قفسه سینه و سر شده و باعث گرفتگی میشود. کمبود پلاسما باعث کم خونی میشود. اوضاع استخوانها و ماهیچه ها وخیم میشود. توزیع مجدد مایعات پاهای شما را منقبض میکند، تصفیه کبد افزایش یافته و باعث تولید سنگ میشود. پس مشاهده میکنید که در طول عمر کوتاهمان، جاذبه ما را شکل میدهد و سپس باعث دِفرمه شدن ما میشود. همینطور که، به سوی پیری میرویم، روابط پیچیده ی ما با جاذبه که بنیادی ترین نیروی طبیعت است، این تغییرات را حاصل میکند و به اصطلاح بدن ما از ریخت می افتد! این هزینه ای است که باید بپردازیم. هزینه ی زندگی بر کره ی زمین.

* شکل سه بعدی موجودات فضایی

شاید برای شما هم این سئوال پیش آمده باشد که بالاخره آیا موجودات فضایی وجود دارند یا نه؟ و اگر وجود دارند چه شکلی هستند؟ آیا باید به موجوداتی فکر کرد که بسیار عجیب و غریب هستند و هر کدام چندین دست و پا دارند. یا مثلاً چند چشم ... یا دارای چند سر جدا از هم هستند؟ .... البته هر حدسی میشود زد. چون هیچ مدرکی در دست نیست که بر اساس آن نظر داد ولی مسلماً موجوداتی در یک سیاره با شرایط خاص، باید ویژگیهای خاصی داشته باشند اما نه آنقدر عجیب و غریب که ممکن است ما در ذهنمان بسازیم. بسیاری از دانشمندان در این زمینه نظرات علمی ارزشمندی دارند که به آنها اشاره میکنیم.

نظر دانشمندان علوم فضایی درباره ی موجودات احتمالی سیارات دیگر چیست؟ آیا آنها هم مثل عامه مردم شکلهای ظاهری عجیب و غریبی برای آنها تصور میکنند؟ اصلاً این طور نیست. بلکه آنها با جمع بندی درست و در نظر گرفتن بسیاری از مسائل حیاتی و زیستی نظراتی دارند که ارزشمند و به واقعیت خیلی نزدیکتر است. آنها معتقدند که اگر موجود هوشمند و باشعوری در سیاره ای پیدا شود و به درجاتی از تمدن رسیده باشد، به احتمال زیاد باید هیکل و ظاهر آنه شبیه انسانهای زمینی باشد. چون بهترین حالت بدن یک موجود زنده که بتواند از دستهایش خوب استفاده کند باید موجودی شبیه ما باشد که بتواند روی دوپایش حرکت کند. در غیر اینصورت موجودی با چند دست و پا و سر و اجزاء غیرعادی و عجیب نمیتواند کارآیی مناسبی در زندگی داشته باشد. دانشمندان نظرات دیگری هم درباره ی شرایط ظاهری موجودات احتمالی سیارات دیگر دارند که قابل توجه است. آنها معتقدند که با توجه به شرایط متفاوت سیارات عالم، شرایط زیستی و حیات هم در آنها فرق خواهد کرد. مثلاً سیاره ای را در نظر بگیریم که دارای جو دقیق است. در چنین سیاره ای تنفس موجودات زنده، شرایط خاصی دارد و باید قفسه ی سینه و ششها بزرگ باشند تا بتوانند اکسیژن مورد نیاز بدن را جذب کنند.

در سیاره ای با نیروی جاذبه ی کم، موجوداتی با قد بلند و کشیده پیدا خواهد شد. چون در نیروی جاذبه کم رشد سلولها شرایط خاصی پیدا میکند. در سیاره ای که در معرض ریزش شهاب سنگ باشد، پوست بدن باید خیلی مقاوم باشد و احتمالاً پوشیده از پولک یا جنسی بیشتر استخوان با یک رنگ خاص باشد که بتواند اشعه مضر را دفع کند.

چه سیاراتی مناسب تشکیل حیات و زندگی هستند؟ چه برای موجودات هوشمند و متفکر و چه برای زندگی ابتدایی و حیوانی و حتی میکروبها و موجودات ماده و اولیه ....

کره ی زمین در بین سیارات منظومه شمسی دارای بهترین شرایط است. نه زیاد گرم است و نه زیاد سرد است. در فاصله ی کاملاً مناسب از خورشید قرار دارد. شرایط یک سیاره برای بوجود آمدن حیات، شرایط خاصی را می طلبد. مثلاً چنین سیاره ای نباید زیاد به ستاره ای خورشیدی که دور آن می چرخد نزدیک و یا خیلی دور باشد. آب از ویژگیهای مهم و ضروری حیات است، برای هر سیاره ای و در هر مکانی. وجود آب در حالت مایع و جوی که دارای گاز و مواد سمی و کشنده نباشد، از ضروریات یک سیاره ایده آل است. در سطح سیاره ای با بیابانهای خشک و برهوت یا سرد و یخ بسته، حیات شکل نمی گیرد و در یک کلام، چنین سیاره ای باید از بسیاری جهت شبیه کره زمین باشد.

به طور کلی بسیاری از دانشمندان با توجه به کشف منظومه ها، ستاره ها، و کهکشانهای بی شمار جهان هستی، حدس می زنند که در بین میلیونها سیاره، احتمالاً ما تنها موجوات این جهان نخواهیم بود و موجودات دیگری هم وجود خواهند داشت.

حیات در هر جایی از این جهان هستی ممکن است شکل بگیرد و ادامه یابد. پس جای تعجب نخواهد بود اگر که بگوییم ممکن است موجوداتی در فضا زندگی کنند که از نظر تمدّن از ما جلوتر یا عقبتر باشند.

شکل سه بعدی و ظاهری موجودات فضایی احتمالی، بستگی به شرایط گوناگون هر سیاره دارد. اما بهترین حالت ظاهری برای یک موجود زنده هوشمند که بتواند با ابزار و استفاده از آن سرو کار داشته باشد، حالت انسانهای کره زمین است.

* پاورقی: توجه شود که منظور از حیاتی که اینجا از آن صحبت شده است، همان مفهومی است که عموم انسانها ( و نه شاگردان استاد بابایی) در ذهن خود دارند.

*تناسب شکل سه بعدی سلولها با عملکرد آنها:

سلولهای مختلف اندازه های متفاوتی دارند. کوچکترین سلولها، باکتریهایی هستند که اندازه آنها بین است. درازترین سلولها بعضی از سلولهای عصبی و ماهیچه ای هستند. اندازه کوچکترین سلولهای گیاهی و جانوری در حد و اندازه ی بزرگترین آنها (صرفنظر از سلولهای دراز عصبی و ماهیچه ای و سلولهای تخم بسیاری از جانوران) در حدود است. تریکودینا جانداری تک سلولی و آبزی است که قطر دارد.

اندازه و شکل هر سلول، به کار آن سلول بستگی دارد. تخمک پرندگان حجیم است چون مقدار زیادی مواد غذایی را برای رشد جنین، در خود جای داده است. سلولهای ماهیچه ای دازند. در نتیجه میتوانند قسمتهای مختلف بدن را به یکدیگر نزدیک کنند.

سلولهای عصبی نیز درازند، در نتیجه میتوانند پیام های عصبی را به سرعت از یک نقطه ی بدن به نقطه ای دیگر منتقل کنند. از سوی دیگر، کوچک بودن اندازه ی سلول نیز فواید زیادی دارد. مثلاً گلبولهای قرمز خون فقط قطر دارند و در نتیجه میتوانند از درون باریکترین رگهای بدن عبور کنند. البته در رابطه با شکل سه بعدی آنها نیز باید به این نکته ی جالب اشاره کرد که در دو طرف مقعر هستند و شکل خاص گلبولهای قرمز موجب میشوند تا این سلولها بتوانند تغییر شکل بدهند و از مویرگهای باریکی که در برخی نواحی بدن از اندازه ی گلبولها نیز کوچکتر هستند، عبور کنند. همچنین شکل سه بعدی مقعر شکل آنها، موجب میشود تا بتوانند با هموگلوبین ترکیب شود. اما در مواردی گلبولهای قرمز خون ناهنجار و غیرطبیعی (حالت داسی شکل) پیدا میکنند که به خاطر این نوع شکل سه بعدی خاص، دیگر نمیتوانند به آن تعداد هموگلوبینی که یک گلبول قرمز سالم (مقعرالطرفین) میتواند بچسبد، متصل شوند و به تعداد کمتری و هموگلوبین میتوانند متصل شوند. در نتیجه این گلبولهای قرمز داسی شکل نمیتوانند به خوبی اکسیژن را منتقل کنند و فرد دچار کم خونی وابسته به گلبولهای قرمزی داسی شکل میشود. به علاوه به علت چسبیدن این گلبولها به دیواره های رگها، جریان خون در آنها دشوار میشود.

* اندازه سلولها از حد معینی بزرگتر و از حد معینی کوچکتر نمیشود.

کوچکترین اندازه سلول باید به قدری باشد که بتواند به مقدار کافی DNA ، پروتئین و اندامهای لازم برای زیستن و تولید مثل کردن را در خود جای دهد. عامل محدود کننده ی اندازه سلول نسبت سطح به حجم است. سطح سلول باید به اندازه ای باشد که بتواند مقدار کافی مواد غذایی از محیط بگیرد و مواد زاید به محیط دفع کند. سلولهای بزرگتر، سطح بزرگتری دارند اما نسبت سطح به حجم آنها در مقایسه با سلولهای کوچکتر هم شکل خود، کوچکتر است. برای درک بهتر به شکل زیر نگاه کنید:

در این شکل، یک سلول مکعبی شکل بزرگ و 27 سلول مکعب شکل کوچک نشان داده شده است. (قسمتهای دایره ای، هسته های سلول را نشان میدهند)

= حجم

اما مساحت آن دو متفاوت است:

= مساحت مکعب بزرگ

= مساحت هر مکعب کوچک

مجموع مساحت همه ی 27 مکعب کوچک برابر است با که معادل است با ؛ یعنی سه برابر مساحت مکعب بزرگ. پس میبینیم که نسبت سطح به حجم در سلول بزرگتر، کوچکتر است.

در مواردی که حجم سلول خیلی زیاد باشد، سطح آن نمیتواند احتیاجات حجم را برآورده کند؛ بنابراین نسبت سطح به حجم است که اجازه نمیدهد سلول از حد معینی بزرگتر باشد.

وقتی سلولهای زنده روی کره ی زمین پدید آمدند، فقط آنهایی زنده ماندند و تولیدمثل کردند که سطح کافی برای تأمین احتیاجات حجم خود را داشتند. خاط نشان میکنیم که همه ی سلولها مکعب کامل یا کره ی نیستند. شکلهای متعددی از سلولها پدید آمدند که بر محدودیت اندازه چیره شده اند. سلولهای ماهیچه ای و عصبی میتوانند بسیار دراز باشند، چون باریک اند و بنابراین به ازای هم واحد حجم، سطح بیشتری نسبت به سلولهای کره ای شکل دارند.

* تفاوت شکل سه بعدی سلولهای گیاهی و جانوری

سلول گیاهی اجزایی دارد که سلول جانوری از آنها بی بهره است. مثلاً سلول گیاهی (همانند سلولهای قارچ ها و بسیاری از آغازیان) دیواره ی سلولی سخت و ضخیمی دارد. دیواره ی سلولی از سول محافظت میکند و سلول را در حفظ شکل یاری میدهد. دیواره ی سلولی گیاهی از نظر ساختار شیمایی با دیواره ی سلول باکتریایی متفاوت است و از سلولز ساخته شده است. برخلاف بیشتر سلولهای جانوری، بسیاری از سلولهای بالغ گیاهی به شکل چندوجهی هستند.