شارح الدرس: التكاثر باعتباره عملية حيوية الأحياء

في هذا الشارح، سوف نتعلَّم كيف نلخِّص أهمية التكاثر للكائنات الحية، ومتى يحدث في دورة الحياة، ونَصِف إستراتيجيتين مختلفتين للتكاثر مع ذِكْر أمثلة ذات صلة.

كل كائن حي، سواء كان نوعًا من البكتيريا الدقيقة أو حوتًا أزرق ضخمًا، يؤدي العديد من العمليات الحيوية الرئيسية. هذه العمليات التي تشترِك فيها جميع الكائنات الحية هي التنفس والإخراج والتغذية والإحساس بالوسط المُحيط والتكاثر. وعلى الرغم من أن العمليات الأربع الأولى ضرورية للغاية لبقاء الكائنات الحية على قيد الحياة، فإن التكاثر لا يتم بواسطة جميع الأفراد. في الواقع، يمكن لأغلب الكائنات الحية البقاء على قيد الحياة حتى لو أزيلت أعضاؤها التناسلية!

التكاثر هو العملية التي من خلالها ينقل الكائن الحي مادته الوراثية إلى جيل آخر من خلال إنتاج نسل. والنسل هم صغار الكائن الحي أو أبناؤه.

يضمن التكاثر استمرارية النوع على مستوى تجمُّعات الكائنات الحية. يمكن للأفراد البقاء على قيد الحياة دون إنتاج أي نسل، ولكن لا يمكن للأنواع البقاء على قيد الحياة على المدى الطويل إذا مات جميع أفرادها دون التكاثر. ومن ثَمَّ، من الممكن أن يؤدي عدم النجاح في إنتاج نسل على نطاق واسع إلى انقراض النوع.

يضم سجل الحفريات عددًا من الأنواع المنقرضة السابقة، مثل الديناصورات. هذه الحفريات، التي هي بقايا الكائنات الحية المحفوظة، والمدفونة عادةً تحت الأرض، تُعَد دليلًا على وجود أنواعٍ عاشت في الماضي ثم انقرضت. عند ملاحظة أن الكثير والكثير من أفراد النوع الواحد قد مات في فترة زمنية قصيرة، نستنتج أن هذه الأنواع ربما لم تنجح في عملية التكاثر، وهو ما أدى إلى انقراضها. وفي وقتنا الحالي، هناك العديد من الأنواع المُهدَّدة بالانقراض، ويرجع ذلك جزئيًّا إلى صعوبات التكاثر.

على سبيل المثال، عام 2020، كان يُعتقد أنه لم يتبقَّ في العالم سوى 80 فردًا من وحيد القرن السومطري. هذا النوع من الحيوانات يواجه خطر الانقراض بصورة كبيرة للغاية، ويرى أغلب العلماء أن سبب ذلك هو الصيد الجائر وتجزئة مواطن عيشه الطبيعي إلى مساحات صغيرة. وهذا يجعل فرص التقاء ذكر وحيد القرن مع أنثاه للتكاثر ضئيلة جدًّا وأقل ممَّا يكفي للتكاثر. ومما يزيد الأمر سوءًا أن الإناث التي تمضي وقتًا طويلًا دون التكاثر تُصاب بمشاكل في أعضائها التناسلية، وهو الأمر الذي يعوق قدرتها التناسلية. هذا يعني أن وحيد القرن السومطري، الموضَّح في الصورة الآتية، قد ينقرض في غضون سنوات. وحتى إذا ظلت الأفراد المتبقية منه على قيد الحياة، فمن غير المرجَّح أن تُنتِج عددًا كبيرًا من النسل، إن كان ذلك ممكنًا.

يحدث التكاثر عادةً عندما يصل الكائن الحي إلى مرحلة النضج الجنسي بعد فترة من النمو، وهي المرحلة التي يهتم خلالها الكائن الحي ببقائه على قيد الحياة. أو بمعنى آخر، يُعطي الأولوية للعمليات الحيوية الأخرى، مثل الحصول على الغذاء لتوفير ما يكفي من الطاقة للنمو. تختلف فترة النمو هذه اختلافًا كبيرًا من نوع إلى آخر. على سبيل المثال، في حين يستغرق وحيد القرن السومطري من 6 إلى 10 سنوات حتى ينضج جنسيًّا، فإن هناك نوعًا يُسمَّى «سمك كيلي الفيروزي» يمكن أن يستغرق من 14 إلى 15 يومًا للوصول إلى مرحلة النضج الجنسي!

في مرحلة معيَّنة من الحياة، تصل جميع الكائنات الحية إلى مرحلة النضج الجنسي. وحينما تصل إلى هذه المرحلة، توجِّه طاقتها التي استخدمتها سابقًا في مرحلة النمو نحو هدف جديد، هو الحفاظ على بقاء نوعها على قيد الحياة. وذلك يكون عن طريق التكاثر.

تتباين طرق تكاثر الأنواع المختلفة بشكلٍ كبير. في هذا الشارح، سوف نُركِّز على كيفية اتباع الأنواع المختلفة إحدى إستراتيجيتين رئيسيتين للتكاثر. إستراتيجية التكاثر وصفٌ لكيفية تزاوج الكائن الحي ورعايته لأي نسل يُنتَج.

تُشير قدرة التكاثر للكائن الحي إلى الحد الأقصى لعدد النسل الذي يمكن أن يُنتَج في الظروف المثالية. لكن، من النادر أن تتوافر الظروف المثالية لتكاثر الكائنات الحية؛ ومن ثَمَّ لا يصل إلا القليل منها لقدرات التكاثر.

الزمن الذي يستغرقه الكائن الحي لينضج جنسيًّا؛ أيْ إجمالي عمره الافتراضي، وعدد الأفراد في تجمُّعات الكائنات الحية، ومدى سهولة وصول بعضها إلى بعض، تُعَد جميعها عوامل تُؤثِّر على قدرة التكاثر لدى الفرد. العمر الافتراضي للكائن الحي هو الفترة الزمنية بين ميلاده وموته. بشكلٍ عام، يكون العمر الافتراضي للكائنات الحية التي تستغرق فترة زمنية أطول في مرحلة النمو حتى تصل إلى النضج الجنسي؛ أطول.

هذه العوامل، بجانب انتشار المخاطر، مثل الافتراس والضغوط البيئية الأخرى، قد تُؤثِّر على إستراتيجية التكاثر للكائن الحي. هيا نُلقِ نظرة على بعض الأمثلة ذات الصلة بالأنواع المُختلفة لنعرف السبب وراء تطوُّر هذه التكيُّفات المذهلة للتكاثر.

يوضِّح الشكل (2) التصنيفين الرئيسيين لإستراتيجيات التكاثر عند طرفَي المقياس. عند أحد طرفَي هذا المقياس توجد الأنواع ذات الأعمار الطولية. هذه الأنواع تُفضِّل استثمار قدر كبير من طاقتها في جودة نسلها، بدلًا من كميته. أما في الطرف الآخر، فتوجد الأنواع ذات الأعمار القصيرة التي تُفضِّل الاستثمار في إنتاج كميات كبيرة من نسلها على حساب جودته.

يوضِّح الشكل 2 مقياسًا لإستراتيجيات التكاثر. عند أحد طرفَي المقياس نلاحظ أمثلة الكائنات الحية التي تفضِّل «الكم على حساب الجودة» مثل الضفادع. أما على الطرف الآخر من المقياس، فتوجد أمثلة الكائنات الحية التي تفضِّل «الجودة على حساب الكم»، مثل الشمبانزي، أو حتى البشر! يمكننا أن نلاحظ العدد النموذجي للنسل الذي سيُنتجه كل فرد في أحد الأنواع الأربعة الموضَّحة بعد كل عملية إخصاب ناجحة. ويُمكننا أيضًا أن نلاحظ متوسط العمر الافتراضي لكل فرد في هذه الأنواع الأربعة في البرية.

بوجهٍ عام، إذا نظرنا إلى الشكل (2)، نُلاحظ أنه كلما ازداد متوسط العمر الافتراضي للفرد، تناقص عدد النسل المُنتَج؛ ومن ثَمَّ، فإن هناك علاقة عكسية بين هذين العاملين.

جميع الكائنات الحية لها مقدار معيَّن من الطاقة يمكنها توفيره للنمو ورعاية نسلها. ومن ثَمَّ، تكون الكائنات الحية أمام خيارين يمكنها استغلال أحدهما خلال استخدام هذه الطاقة المحدودة. الخيار الأول هو استهلاك الطاقة في إنتاج نسل قليل العدد وعالي الجودة وكبير الحجم مثل الشمبانزي. والخيار الثاني هو استهلاك الطاقة في إنتاج نسل كثير العدد وضعيف الجودة وصغير الحجم لكل عملية إخصاب ناجحة؛ حيث يُستثمَر قدر أقل من الطاقة في كل مرة مثل الضفدع.

هيا نتناول هاتين الإستراتيجيتين بمزيد من التفصيل وندرس بعض الاستثناءات الأخرى لهذه القاعدة، بدايةً بمجموعة الأنواع ذات الأعمار القصيرة.

تتبع الكائنات الحية المائية إستراتيجيات متنوعة للغاية للتكاثر. يُعَد الماء بيئة قاسية يصعُب العيش فيها لعدة أسباب، هي: ندرة الموارد مثل الغذاء، وصعوبة الاختباء من الحيوانات المفترسة، والتيارات القوية القادرة على نقل الموارد والكائنات الحية لمسافات كبيرة تجعلها بعيدة بعضها عن بعض. ولذلك يكون العمر الافتراضي للعديد من الأنواع التي تعيش في البيئات المائية قصيرًا.

كل هذه الظروف تعني أن الكائنات الحية المائية القصيرة العمر تتشارك في أنها تُفضِّل إنتاج أعداد كبيرة جدًّا من النسل. وعادةً ما تكون قدرة التكاثر لكل فرد يتكاثر في هذه البيئات كبيرة جدًّا؛ فمن المحتمل أن يظل عدد قليل جدًّا من النسل على قيد الحياة في البيئات المائية. يُعرَف عدد الكائنات الحية التي تموت خلال فترة زمنية معيَّنة من أي نوع أو أي تجمُّعات أخرى محدَّدة بمعدَّل وفيات هذا النوع.

قد يكون معدَّل الوفيات المرتفع في نسل الكائنات الحية المائية ناتجًا عن عدم تمكُّنها من الحصول على التغذية، أو العثور على مكان مناسب للنمو، أو حقيقة أن الحيوانات المفترسة غالبًا ما تبحث عن مناطق تكاثر هذه الكائنات وتقضي على الكثير من نسلها. ومن ثَمَّ، إذا لم يُنتِج الفرد سوى عدد قليل من النسل، فلن يبقى أيٌّ منه على قيد الحياة. لذلك، تُنتج هذه الكائنات الحية المائية عادةً كميات كبيرة من النسل الصغير الحجم، آملةً في حصول القليل منها على فرصة للنجاح في البقاء على قيد الحياة حتى مرحلة النضج الجنسي، مع استثمار قدر أقل من الطاقة في رعاية الجزء الأكبر الذي لن ينجح في ذلك.

على سبيل المثال، تستطيع أنثى قنفذ البحر أن تضع ما يصل إلى 500 مليون بيضة في حياتها! تتكاثر قنافذ البحر والعديد من الأنواع المائية الأخرى عن طريق عملية تُسمَّى التبويض الجماعي، يتم خلالها إطلاق عدد كبير من البويضات والحيوانات المنوية. يحدث التبويض الجماعي عندما يتزاوج العديد من الأفراد في وقت واحد. وقد يحد هذا من خطر قضاء أي حيوان مفترس على نسل الكائنات الحية. كما أنه يزيد من فرص نجاح الإخصاب. تقوم بعض قنافذ البحر بمزامنة هذا التبويض باستخدام إشارات من القمر؛ ومن ثَمَّ تتكاثر الآلاف من قنافذ البحر في الوقت نفسه! يُمكن لذكر قنفذ البحر الواحد أن يُطلِق مليار حيوان منوي أثناء التزاوج! توضِّح الصورة الآتية ذكر قنفذ البحر وهو يُطلق الحيوانات المنوية، المادة البيضاء السحابية الشكل.

وبالمثل، تتبع بعض أنواع الكائنات الحية البرية؛ أي التي تعيش بشكل أساسي على الأرض، إستراتيجيات تكاثر مُشابِهة لإستراتيجيات الكائنات الحية المائية. على سبيل المثال، تُنتج الحشائش والقوارض والحشرات كميات كبيرة من النسل، وتستثمر القليل من الطاقة في رعاية كل فرد منها.

أما الطفيليات فهي كائنات حية تعيش على كائن حي مُضيف أو داخله، وتحصل على طعامها من هذا الكائن المضيف أو على حسابه. على سبيل المثال، يعتمد كلٌّ من البراغيث والقمل على دم المضيف مصدرًا أساسيًّا لغذائه. وبسبب نمط عيشها هذا، يرتفع معدَّل وفيات الطفيليات؛ ومن ثَمَّ، يُنتج أغلبها الكثير من النسل الذي يحتاج إلى التكيُّف سريعًا مع المضيف حتى يتمكَّن من النمو بالتزامن مع نمو المضيف.

هذه الأنواع لا تنمو سريعًا فحسب، بل لها أعمار قصيرة أيضًا بوجهٍ عام. وخير مثال على ذلك، ذباب مايو، الذي توضِّحه الصورة الآتية خلال احتشاده بأعداد كبيرة للتزاوج. تعيش الذبابة الواحدة عادةً لمدة يوم واحدٍ فقط، ولكنها تُنتج ما يصل إلى 1‎ ‎000 نسل في حياتها القصيرة.

هذه الأنواع التي تنتج أعدادًا كبيرة من النسل لا تستثمر عادةً الكثير من الطاقة في تقديم الرعاية الأبوية اللازمة؛ لأنه يوجد الكثير منها ببساطة.

هيا نُلقِ نظرة على بعض الأمثلة على الكائنات الحية التي تتبع أسلوبًا معاكسًا في إستراتيجية التكاثر، وذلك من خلال إنتاج عدد قليل من النسل عالي الجودة.

هذه الكائنات الحية، مثل الأفيال والرئيسيات، تكون لها أعمار افتراضية أطول، وتستغرق أيضًا وقتًا أطول لتصل إلى مرحلة النضج الجنسي. وبخلاف الأنواع ذات الأعمار القصيرة التي تُنتج كميات كبيرة من النسل، تميل الأنواع ذات الأعمار الطويلة إلى استثمار الكثير من الوقت والطاقة في رعاية النسل وهو يكبر.

تزيد الرعاية الأبوية من فرص بقاء النسل على قيد الحياة حتى مرحلة النضج الجنسي، وعند هذه المرحلة، يمكن للنسل نفسه أن يتكاثر. يحاول الأبوان أو أحدهما، في الأنواع التي لا يُنتج كل فرد فيها سوى عدد قليل من النسل، أن يضمنا بقاء فرد واحد على الأقل على قيد الحياة حتى يصل إلى مرحلة النضج الجنسي؛ ولذلك، فإن معدَّل وفيات النسل في هذه الأنواع أقل مقارنةً بالأنواع التي تُنتج عددًا كبيرًا من النسل.

توضِّح الصورة الآتية مثالًا لأنثى فيل أفريقي ترعى صغيرها. إنها تعمل جاهدة لتوفير الحليب لوليدها وحمايته من الحيوانات المفترسة. كما تُعلِّمه كيف يحمي نفسه ويجد الطعام والماء حتى يصل إلى مرحلة النضج الجنسي بين سن 10–11 سنة. بجانب هذا، قد يبقى العديد من إناث الأفيال مع أمه طوال حياته، ليشكِّل معًا قطيعًا قويًّا من أمهات الأفيال.

لكن هذا ليس الحال مع جميع الأنواع ذات الأعمار الطويلة.

على سبيل المثال، تُعَد السلاحف أحد أنواع الكائنات الحية البرية الأطول عمرًا على الأرض. وحسب نوع السلحفاة، يمكن لأنثى السلحفاة الواحدة أن تضع من 2 إلى 30 بيضة عدة مرات في سنة واحدة. وعلى مدار حياة السلاحف، يمكن لبعضها أن يُنتج العديد من النسل.

من بين 15 فردًا متبقيًا من النوع الفرعي للسلاحف العملاقة الإسبانية هناك ثلاث سلاحف من الذكور، أحدها يُدعى دييغو، وكان عمره 100 سنة تقريبًا. ساعد دييغو، الموجود في الصورة الآتية، على استمرارية هذا النوع ومنع انقراضه من خلال إنتاج أكثر من 800 من النسل! وعلى الرغم من أن السلاحف تبقى على قيد الحياة لفترة طويلة جدًّا وتستغرق فترات طويلة، قد تبلغ 25 سنة تقريبًا حتى تصل إلى مرحلة النضج الجنسي، فإنها لا تقدِّم أي رعاية أبوية لنسلها، الذي قد يكون بأعداد كبيرة، وله معدَّل وفيات منخفض نسبيًّا.

والآن، هيا نلخِّص الخواص النموذجية لهذه الكائنات الحية ذات الأعمار الطويلة وذات الأعمار القصيرة في الجدول (1) الآتي.

تميل الكائنات الحية ذات الأعمار الافتراضية الطويلة إلى إنتاج عدد أقل من النسل مقارنةً بالكائنات الحية ذات الأعمار الافتراضية القصيرة، لكن الأبوين يستثمران قدرًا أكبر من الطاقة لرعاية كل فرد من النسل؛ لذلك فهي عادةً ما تكون أكبر حجمًا وتحتاج إلى مزيد من الرعاية الأبوية بعد الولادة.

مثال ٤: تحديد الأنواع ذات أعلى معدَّل وفيات في نسْلها

أيُّ أنواع الحيوانات الآتية من (أ) إلى (هـ) يُنتِج نسلًا ذا معدَّل وَفَيَات مرتفع؟

الحل

معدَّل الوفيات هو عدد الوفيات في منطقة معيَّنة خلال فترة زمنية محدَّدة أو نتيجة سبب معيَّن. ويمكن استخدام هذا المصطلح للإشارة إلى احتمال عدم بقاء الفرد على قيد الحياة حتى النضج ثم التكاثر.

عادةً ما يكون للأنواع التي تُنتج نسلًا له معدَّلات وفيات مرتفعة عمر قصير، ويكون هناك الكثير من النسل الصغير الحجم والقليل الجودة. إذا كان من غير المُرجَّح أن يبقى جزء كبير من النسل على قيد الحياة حتى مرحلة النضج الجنسي، فسيكون من المفيد بالنسبة إلى هذا النوع أن تقل فترة نموه حتى وصوله إلى مرحلة النضج. سيكون من المفيد أيضًا بالنسبة إليه إنتاج الكثير من النسل الذي يُستثمَر قدرٌ بسيطٌ من الطاقة في رعايته أملًا في بقاء القليل منه على قيد الحياة، بدلًا من إهدار الكثير من الطاقة على أغلب النسل الذي لن يتمكَّن من البقاء على قيد الحياة.

تتبع الأنواع المائية، التي تعيش بشكلٍ أساسي وتضع بيضها في الماء مثل الضفادع المشار إليها في خيار الإجابة (د)، إستراتيجية تكاثر مثل هذه. ويُعَد الماء بيئة مليئة بالحيوانات المفترسة، ويمكن فيها جرف البيض أو سحقه بسهولة. ولذلك تضع الضفادع الكثير من البيض، ويتطوَّر بعضٌ من هذا البيض إلى عدد من أبي ذنيبة السريع الحركة، الذي يتطوَّر عدد أقل منه في النهاية إلى ضفادع بالغة قادرة على الخروج من الماء للهروب من بعض مصادر الخطر.

الأنواع البرية، تلك التي تعيش بشكل أساسي على اليابسة، مثل الحصان (أ) والخروف (هـ)، الموضحين في الصورة، عادةً ما تتبع إستراتيجية تكاثر تهدف إلى استثمار قدر كبير من الطاقة في إنتاج ورعاية عدد قليل فقط من النسل يكون أكبر حجمًا وأعلى جودة. هذا النسل قد يستغرق مدة أطول في النمو حتى يصل إلى مرحلة النضج الجنسي بعد ذلك؛ ويكون ذلك بفضل الرعاية الأبوية التي يمنحها له الأبوان ليساعداه في البقاء على قيد الحياة خلال سنواته الأولى، وهو ما يُبقي معدَّلات الوفيات منخفضة.

يوجد بالطبع بعض الاستثناءات من هذه القواعد. على سبيل المثال، البط الموضَّح في خيار الإجابة (ب)، هو أحد الكائنات الحية المائية، شأنه شأن الحيتان في خيار الإجابة (ج). يُنتج كلٌّ من البط والحيتان عددًا قليلًا من النسل، ويميل الأبوان في هذين النوعين إلى استثمار قدر كبير إلى حدٍّ ما من الطاقة في إنتاج نسلهما الكبير الحجم ورعايته بعد الوضع. وهذا يُساعد على بقاء معدَّل وفيات النسل المُنتَج منخفضًا.

ومن ثَمَّ، فإن النوع الذي يُنتج نسلًا ذا معدَّل وَفَيَات مرتفع هو الضفدع؛ أي خيار الإجابة (د).

هيا نُلخِّص بعض النقاط الرئيسية التي تناولناها في هذا الشارح.