ليه علماء الفيزياء مهتمين بالمخلوقات المرعبة اللى عاشت قبل الديناصورات ؟

👑 ملوك الطبيعة: وحوش ما قبل عصر الديناصورات

عادة ما بيجذب اسم الديناصورات الانتباه والفضول عند كتير من الناس، وده غالباً بسبب أحجامهم العملاقة اللى خلتهم الكائنات الحاكمة فى عصرهم. لكن على العكس، نادراً ما بتلاقى حد يعرف حاجة عن كائنات عصر ما قبل الديناصورات، وده على الرغم من انها كانت مخلوقات مش بتقل عن الديناصورات فى الهيبة والوحشية.

فكل عصر بيبقى ليه مخلوقاته اللى بتحكم الأرض وبيطلق عليها ملوك الطبيعة. ودايماً بيكون فى حيوان مفترس ومسيطر على قمة السلسلة الغذائية، سواء بقى الحيوان ده وحش بحرى عملاق، أو حشرة تكون أكبر من حجم الإنسان، أو زواحف وبرمائيات مفترسة ما تعرفش الرحمة.

ولو قلنا إن دراسة الكلام ده بديهية فى علوم زى البيولوجيا والبيئة والوراثة، فاللى بيبقى غريب شوية على البعض ان علوم زى الكيميا والفيزيا يكون لها نفس الدرجة من الاهتمام بدارسة الموضوع.

عموماً احنا انهاردة هنرجع بالزمن وناخد كام مثال على وحوش ما قبل عصر الديناصورات، وهنعرف إزاى العلماء بيحددوا حيوان معين باعتباره المفترس الأقوى فى عصره، وبالتأكيد هنعرف ليه علماء الفيزيا مهتمين بدراسة الأحياء بصفة عامة.

🧐 إزاى العلماء بيحددوا ملوك الطبيعة؟

الحقيقة ان فكرة معرفة ملك الحيوانات اللى بيبقى على قمة السلسلة الغذائية دى بتبقى فكرة بتعتمد على مجموعة من الأدلة مش دليل واحد، زى الأدلة الأحفورية والأدلة التشريحية والبيئية والأثرية والكيميائية. كل الأدلة دى بتتجمع مع بعض عشان ترسم الصورة الكاملة لأى مخلوق.

فعندنا مثلاً حاجة زى شكل الأسنان والفك، واللى فعلاً بيقولوا معلومات كتير للعلماء. فـالأسنان الحادة المسننة دى بيبقى معناها حيوان مفترس بيمزق اللحم. أما الأسنان المخروطية القوية، فدى بتبقى لحيوان بيمسك الفريسة وينهشها بنفس طريقة التماسيح، أو بمعنى أوضح بنفس طريقة البرمائيات. كمان عندنا الأسنان المسطحه الضعيفة أو حتى شبه المعدومة، ودى بتكون لحيوان نباتى أو عاشب. فالحيوانات العاشبة بتحتاج الأسنان بالكتير للتغذية على القواقع والقشريات، وبنفس الطريقة مش بتكون فى احتياج لقوة الفك والعظام الموجودة فيه. فقوة عضلات الفك دايماً بتعبر عن قوة العضة والقدرة على الامساك بالفريسة.

لكن غير شكل الأسنان والفك عندنا برضه ما يعرف بـالـ Paleoecology، ودى معناها الأدلة البيئية القديمة فى طبقات الأرض. فالعلماء بيبقى عندهم خريطة للحفريات فى مختلف الطبقات الصخرية الأرضية. فلما بيلاقوا إن فى طبقة معينة من الصخر بتتراكم فيها حفريات لكائنات مختلفة، وإن بعض الحفريات دى عليها آثار العض والافتراس، فبيكونوا عارفين أنهم هيلاقوا فى نفس الطبقة حفرية لحيوان مفترس. ولما بيلاقوا الحفرية دى بيلاحظوا من شكلها انه اتحلل بصورة طبيعية، يعنى محدش قتل او افترس الحيوان صاحب الحفرية. والكلام ده ترجمته البديهية ان هو ده الحيوان الحاكم اللى على قمة السلسلة. بل إن آثار العض نفسها بتوضح شكل الأسنان وقوة الفك للمساهمة فى المعلومات.

وصحيح إن حجم الحفرية بيوضح مدى قوة الحيوان وسيطرته على بيئته، انما فى الأخر مش بيكون الحجم هو العامل الوحيد عشان نقول ان الحيوان ده كان على قمة السلسلة الغذائية. فلو اخدنا مثال فى عصرنا على حيوانات زى الفيلة والأسود، هنلاقى إن الفيلة رغم حجمها وقوتها، إلا انها مش بتعتبر حيوانات على قمة السلسلة الغذائية. وده لان الفيلة أصلاً حيوانات عاشبة. والفيل ممكن فعلاً انه يموت أسد وبضربه واحدة، لكن فى النهاية الفيل مش هياكل الأسد بعد ما يقتله. وده على العكس بقى من الأسود اللى بتفترس وتاكل صغار الفيلة، ولذلك بيعتبر الأسد على قمة السلسلة الغذائية، بمعنى ان كل الحيوانات بتبقى موجودة على قائمة غذاؤه.

لكن بمناسبة بقى الأسود اللى بينتموا لـالعائلة السنورية أو القططية، فكل أفراد العائلة دول كان ليهم أسلاف أحيانا أكبر فى الحجم وأحيانا أصغر. والكلام ده فى حد ذاته بيكون دليل للعلماء عن طريق المقارنة بين سنوريات الماضى والحاضر. يعنى بصورة أوضح تشابه التركيب الجسدى للحيوان بيكون دليل على إنه ليه نفس الدور سواء فى الماضى أو الحاضر. وبما إن الأسود على قمة السلسلة فى عصرنا الحالى، فأكيد أسلافهم برضه كانوا على قمة السلسلة الغذائية فى عصرهم.

غير بقى كل الكلام ده إحنا عندنا برضه أسلوب التحليل الكيميائي للحفرية. فعن طريقة ملاحظة النسب العالية من نظير النيتروجين $\text{N}^{15}$ فى الحفرية، بيعرف العلماء إن الحفرية دى لـحيوان لاحم مفترس، يعنى غذاؤه الرئيسى أو حتى الأوحد هو اللحوم. فالنيتروجين موجود في الطبيعة على شكل نظائر منهم النظير ($\text{N}^{15}$). والكائنات الحية بتاخد النيتروجين أساساً من البروتينات اللى في اللحوم. والفكرة بقى إن النيتروجين ($\text{N}^{15}$) ده تقيل والجسم مش بيتخلص منه بسهولة، وبالتالى جسم الكائن المفترس بيبقى دايماً فيه نسبة $\text{N}^{15}$ أعلى من فريسته.

وبصفه عامه العلماء عندهم نسب لتصنيف تأثير تراكم النيتروجين $\text{N}^{15}$:

• فالحيوانات العاشبة بتبقى النسبة فيها مش بتتجاوز الـ 3 %، طبعاً بتاخدهم من البروتينات النباتية.

• أما المفترس آكل اللحوم و النباتات مع بعض، فمش بتقل النسبة فى حفريته عن 6 %.

• بينما بقى لو مفترس قممى وغذاؤه الوحيد هو اللحوم، فبتكون نسبة النيتروجين $\text{N}^{15}$ فيه أكتر من 9 %.

ده كده ملخص لأسلوب معرفة الحيوان اللى بيعتبر ملك الطبيعة خلال العصور المختلفة، لكن برضه خلونا ناخد بعض الأمثلة.

🦈 ملوك الطبيعة قبل الديناصورات

أول حيوان فى تاريخ الكائنات الحية تم اعتباره الملك فى عصره، كان هو الحيوان المسمى بـ Anomalocaris. والـ Anomalocaris ده ما كانش طوله بيتجاوز النص متر. لكن لأن الحياة وقتها كان أغلبها عبارة عن كائنات دقيقة بتسكن البحار والمحيطات، فكان الـ Anomalocaris بيعتبر ضخم جدا فى وقته بمقاييس عصره. وفعلاً الكائن ده أرعب البحار بحجمه الموازى لحجم قطة منزلية تقريباً. وبسبب جسمه الصلب والزوائد بتاعته المدرعة والشبيهة بالمخالب، ما كانش فى أى حيوان منافس ليه يزيحه من قمة السلسلة الغذائية.

فالـ Anomalocaris كان بيتغذى على أى شيئ يقابله فى البحر. وكانت أشهى الفرائس عنده هى المفصليات المعروفة بـالترايلوبيت (Trilobite) وده بسبب حجمها الكبير نسبياً. والترايلوبيت دى طائفة منقرضة من اللافقاريات اللى بتشمل الحشرات والعناكب. وعموماً أول ملك للطبيعة ده تعرض للانقراض. والسبب هو عدم القدرة على تحمل التغيرات المناخية والكوارث اللى كانت بتحصل على الأرض باستمرار. والكوارث والأحداث الكونية دى كانت دايماً بتؤدى لـالانقراضات الصغرى والكبرى، ودايماً كانت السبب فى تبديل ملك متوج فى الطبيعة بملك جديد.

وكان أول ملك جديد ياخد مكان الـ Anomalocaris هو الـ Cameroceras. الـ Cameroceras ده يعتبر من أسلاف الأخطبوط والحبار الموجودين حالياً. وكان بيتميز بالنحافة لكن بالطول العملاق فى الوقت ده من العصر الأردوفيشى. فـ الـ Cameroceras كان بيتخطى طوله التسعة متر بسهولة. بل إن التسعة متر دول هم المتوسط اللى تم اعتماده لطول الـ Cameroceras، لكن الباحثين لقوا فعلاً بعض الحفريات اللى وصل طولها لـ 11 متر كاملين.

لكن زى ما انتوا ملاحظين كل ملوك الطبيعة لحد الوقت ده كانوا من البحار والمحيطات. وهو الوضع اللى هيبدأ يتغير مع الحيوان البرمائى المرعب المسمى Eurypterids – Jaekelopterus واللى بيعتبر وثيق الصلة جداً بـالعقارب والعناكب والسرطانات. انما ما تخليش حتة وثيق الصلة دى تخدعك. فالـ Eurypterids دى فعلاً اسم عيلة كبيرة، وفى أنواع منها فى حجم العقارب الحالية. إنما بقى النوع اللى بيسمى بالـ Jaekelopterus فده طوله كان بيوصل لـمترين ونص. تخيل بقى عقرب يكون أطول من الإنسان! ولذلك فالحيوان ده كان هو الملك المتوج على عرش السلسلة الغذائية، وبرضه بيعتبر أكبر المفصليات اللى عاشت على مر التاريخ. والحمد لله على كل حال إنه فى النهاية انقرض.

وعلى الرغم من إن معظم حياته كانت فى المية سواء المالحة او العذبة، وكان خروجه للبر فى أضيق الحدود للبحث عن الفرائس، إلا إن بانقراضه رجعت السيادة التامة للبحار. ولأول مرة بيعتبر ملك الطبيعة المتوج من وحوش الأسماك، تحديداً السمكة اللى هتعرف بـسمكة الـ Dunkleosteus.

السمكة المتوحشة دى ظهرت قبل عصر الديناصورات بأكتر من 100 مليون سنة. وكانت سمكة ضخمة بيوصل طولها لـعشر أمتار فى المتوسط. إنما قوة الـ Dunkleosteus الحقيقية ما كانتش بس فى حجمها الكبير. فأولاً جسمها كان متغطى كله بالدروع اللى بتحميها من أى عدو أو منافس. وثانياً بقى كان سلاحها الرئيسى هو أسنانها الرهيبة وقوة العضة الخرافية، واللى بتفوق حتى قوة عضة الميجالدون اللى ما كانش لسه ظهر. الميجالدون بالمناسبة هو أكبر أنواع القروش اللى عاشت على الأرض، وكان طولها بيوصل لـ3 أضعاف أكبر سمكة قرش بيضا فى العصر الحالى، حاجة كده أطوالها بتبدأ من 15 متر وإنت طالع. وده بيديك فكرة عن قوة العض المخيفة لسمكة الـ Dunkleosteus. وده برضه هيخليك تستوعب إن السمكة دى كانت هى العدو الوحيد لنفسها! فأفراد الـ Dunkleosteus كانوا فعلاً بياكلوا بعض أحيانا مع ندرة الفرائس، وكانوا هم الوحيدين اللى بيقدروا يكسروا الدروع اللى بتغطى أجسماهم.

وطبعاً لولا الكوارث اللى كانت بتحصل على الأرض ما كانش حيوان بالقوة دى انقرض. فالـ Dunkleosteus انقرضت من 359 مليون سنة مع بداية العصر الكربوني. وكان السبب هو الكارثة المعروفة بـحدث هانجنبرج (Hangenberg Event) وهو الحدث اللى تميز بـانخفاض عالمي في الأكسجين البحري.

لكن فى كل الأحوال ما بعدتش السيادة عن البحار والمحيطات. واخدت سمكة الـ Helicoprion الراية بعدها. وسمكة الـ Helicoprion بيتراوح طولها فى المتوسط بين خمسة إلى تمانية متر. وكان أكتر اللى بيميزها فكها السفلى المتحور للشكل الحلزونى الشبيه بالمنشار. وعلى فكرة أصلاً كلمة Helicoprion مشتقة من كلمتين فى اليونانية القديمة بمعنى المنشار الحلزوني.

وبإختصار راحت الـ Helicoprion وراح معاها 96% من كل الأنواع البحرية، ومعاهم اكتر من 70 % من الانواع البرية خلال الموت العظيم (The Great Dying)، واللى هو أكبر انقراض عرفته الأرض على مدار تاريخها، اللى بيسمى انقراض البرمي-الثلاثي أو Permian–Triassic extinction event.

وعلى بال بقى بعد ما تعافت الأرض من آثار الموت العظيم، كان ظهر فعلاً أول الديناصورات من حوالى 230 مليون سنة، واللى بعد فترة من ظهورها هتحتكر السيادة والحكم على اليابس. لكن فى الوقت ده اللى ظهر فيه أول الديناصورات والمعروف بـالـ Eoraptor، كان لسه ديناصور صغير مش بيتجاوز المتر طول و 10 كيلو جرام فى الوزن، حاجة كده زى الديك الرومى تقريباً. ولذلك حتى بعد ظهور الديناصورات كان موجود مفترس أعلى بيسمى الـ Postosuchus. وكان المفترس ده من الزواحف والملوك البرمائية. وكان طوله فى المتوسط حوالى ست أمتار، يعنى أطول من أطول التماسيح الموجودة حالياً على الأرض. وكان للـ Postosuchus إيدين قصيرة وأقدام طويلة، وده كان بيديله القدرة على الوقوف والسيطرة على الفرائس الكبيرة. إنما فى الحالات الطبيعية كان بيتحرك بإسلوب الزحف زى أقرب أقرباؤه، واللى بيعتبر أقربهم التماسيح والقواطير والجاراييل (جمع جاريال = gharial).

🧠 سر اهتمام علماء الفيزيا بالأحياء

اللى تابع معايا سلسلة عباقرة العلم، أكيد فاكر مقال الفيزيائى العبقرى Erwin Schrödinger. وأكيد برضه عارف إن شرودنجر فى آخر حياته كان تفرغ تماماً لدراسة البيولوجى.

بس الواقع بقى إن شرودنجر ما كانش الوحيد اللى عمل الخطوة دى. ففعلاً أعداد كبيرة من الفيزيائيين بيميلوا جداً لدراسة الأحياء أو البيولوجيا. وعندنا مثلاً تلميذ هايزنبيرج الفيزيائى Max Delbrück واللى حاز على جايزة نوبل سنة 1969. وبديهياً لما تسمع جملة الفيزيائى وتلميذ هايزنبيرج عبقرى الفيزيا، يبقى أكيد جايزة نوبل لـ Max Delbrück كانت فى الفيزيا! بس خلينى أقولك إن البديهى ده مش صحيح! فجايزة نوبل اللى حاز عليها Max Delbrück كانت فى الطب! والسبب فى كده هو تعمقه فى دراسة الأحياء بجانب الفيزيا.

ده غير بقى ريتشارد فاينمان نفسه، واللى بيصنف كأهم علماء الفيزيا فى عصر ما بعد أينشتاين. فـفاينمان بيقول إن دراسة الأحياء بتفتح ذهن الفيزيائى، وبتخليه اكتر قدرة على حل المشاكل الفيزيائية المعقدة. ولذلك اشتهر فاينمان بدراسته للبيولوجى وبمساهماته المهمة فى أبحاث الفيروسات.

والمهم بقى إن السبب فى الحكاية دى إن الفيزياء هى الأساس لكل العلوم. والبيولوجيا نفسها مجرد فرع من العلوم مش بتخرج قوانينه عن قوانين الفيزياء. فحركة العضلات و تدفق الدم وانقباض القلب و إشارات المخ، بل وحتى عملية التنفس، كل الكلام ده بيبقى خاضع لقوانين ميكانيكا الموائع والديناميكا الحرارية.

فـالفيزيا بصفة عامة هي لغة القوانين، والبيولوجيا هي المسرح اللي القوانين دي بتشتغل فيه. وعشان كده الفيزيائى بيبص للبيولوجيا على انها تطبيق جميل وقريب منه.

وكمان الفيزيا والبيولوجيا بيكون عندهم تقاطع في الأدوات والتقنيات. بل إن كل تقنيات البيولوجيا جاية أصلاً من الفيزيا. زى مثلاً المجهر الضوئي والإلكتروني، وزى التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI)، والليزر في دراسة الخلايا، وأجهزة العلاج الإشعاعي والتصوير، وأدوات قياس حرارة الجسم وحجمه وسرعته وقوة العضلات وتحملها… وقول زى ما انت عايز.

والفيزيائى عشان يعمل جهاز معين هيشتغل مع الأحياء، لازم يكون دارس الأحياء دول وأجهزتهم وأسلوب شغلهم. وبعدين ما تنساش ان جسم الكائن الحى مكون من مليارات الخلايا، والخلية الواحدة عبارة عن نظام معقد بتتفاعل فيه الذرات والجزيئات زى الكون بأجرامه. بل ان الخلية الحية بتعتبر أعقد نظام في الكون المعروف.

ولذلك فالفيزياء والبيولوجيا بينهم فعلاً علوم مشتركة ومتداخلة تماماً، زى مثلاً الفيزياء الحيوية (Biophysics)، واللى بتدرس شكل البروتينات وحركة الجزيئات الحيوية وميكانيكا العضلات. والكلام ده كله بيجر الفيزيائى العبقرى لدراسة البيولوجيا من غير ما يحس. ومفيش شك بنكون إحنا المستفيدين من تعاون العلوم لخدمة البشرية.

خلونى بقى اعرف رأيكم انتم فى المقالات اللى بتجمع بين الفيزيا والبيولوجيا. يا ترى شايفين انها بتقدم معلومة كويسة بالنسبه لكم؟