راز سازگاری شگفت‌انگیز مرغ مگس: از سیستم گوارشی تا پرواز در ارتفاعات

خلاصه مقاله:

• مرغ مگس پرنده‌ای کوچک با توانایی‌های شگفت‌انگیز است. این پرنده می‌تواند به جلو، عقب و حتی وارونه پرواز کند. آن‌ها از شهد تغذیه می‌کنند و برای ذخیره‌ی انرژی، شب‌ها وارد حالتی شبیه اغمای انسان می‌شوند.
• مرغ‌های مگس سیستم گوارشی خاصی دارند که به‌سرعت قند را جذب می‌کند، بدون اینکه عوارضی مانند دیابت را به دنبال داشته باشد. این پرندگان همچنین با زندگی در ارتفاعات بالا سازگار هستند و با سازگاری‌های خاص خود، با هوای رقیق و کمبود اکسیژن نیز مقابله می‌کنند.
• برخی گونه‌های مرغ مگس مسافتی طولانی تا ۸ هزار کیلومتر را مهاجرت می‌کنند. در این مسیرها، نه تنها با چالش‌های محیطی روبه‌رو می‌شوند، بلکه بدنشان را نیز با شرایط سخت تطبیق می‌دهند.
• محققان اکنون در حال مطالعه‌ی ویژگی‌های خاص مرغ‌های مگس هستند. آن‌ها قصد دارند با استفاده از فناوری‌های جدید، به درک بیشتری از سازگاری‌های خاص این پرندگان و کاربردهای آن‌ها در درمان دیابت و بهینه‌سازی انرژی در انسان‌ها، دست یابند.

مرغ مگس، یکی از شگفت‌انگیزترین پرندگانی است که با پرواز سریع و توانایی معلق‌ماندن در هوا، شناخته می‌شود. این پرندگان کوچک، با رژیم غذایی خاص خود که عمدتاً از شهد تشکیل شده، علاوه بر پرواز بی‌وقفه، از توانایی‌های منحصر‌به‌فرد دیگری مانند پرواز وارونه و پرواز به عقب نیز برخوردار هستند. این پرندگان با سوخت‌و‌ساز بسیار بالا، روزانه به‌اندازه‌ی حدود ۸۰ درصد از وزن بدنشان، شهد مصرف می‌کنند و برای جلوگیری از مشکلاتی مانند دیابت، سیستم گوارشی خاصی دارند.

سیستم گوارشی مرغ مگس، قند را به سرعت جذب می‌کند. آن‌ها برای حفظ انرژی در شب‌های سرد یا مواقع کمبود غذا، به حالتی شبیه به اغمای انسان فرو می‌روند و دمای بدنشان را تا نزدیک دمای محیط کاهش می‌دهند. با وجود چالش‌های زیستی بسیار، مانند تحمل سطوح بالای قند خون و مهاجرت‌های طولانی، مرغ‌های مگس با سازگاری‌های حیاتی و استثنایی خود، به زندگی در شرایط سخت ادامه می‌دهند.

بیشتر افراد از تماشای مرغ‌های مگس کوچک و زیبا لذت می‌برند. این موجودات رنگارنگ بومی قاره آمریکا، با سرعت پرواز می‌کنند، در میان گل‌ها شناور می‌مانند و با سماجت از قلمرو و منابع غذایی خود دفاع می‌کنند.

اما برای دانشمندانی که این پرندگان را مطالعه می‌کنند، مرغ‌های مگس بسیار فراتر از نمایشی سرگرم‌کننده هستند. اندازه‌ی کوچک و سوخت‌و‌ساز بسیار شدید بدن آن‌ها، بدین معناست که این پرندگان روی لبه‌ی تیزی زندگی می‌کنند. گاهی اوقات مجبور می‌شوند برای ذخیره‌ی انرژی لازم جهت بقا در طول شب، بدن خود را به‌طور کامل خاموش و یا حتی هزاران کیلومتر مهاجرت کنند. مسیر مهاجرت نیز گاهی از دل اقیانوس‌ها می‌گذرد.

رژیم غذایی سرشار از شهد مرغ مگس، به سطحی از قند خون منجر می‌شود که می‌تواند انسان را به کما ببرد. پرواز پرسرعت مرغ مگس، نیروهای جی بسیار شدیدی تولید می‌کند که حتی می‌توانند یک خلبان جنگنده را بی‌هوش کنند. محققان می‌گویند هرچقدر که بیشتر این پرندگان را بررسی می‌کنند، به شگفتی‌های پنهان بیشتری در بدن کوچک آن‌ها می‌رسند؛ بدنی که یکی از کوچک‌ترین‌ها در دنیای پرندگان است.

هالی ارنست، بوم‌شناس حفاظتی در دانشگاه وایومینگ، می‌گوید: «آن‌ها تنها پرندگانی در جهان هستند که می‌توانند وارونه و به سمت عقب پرواز کنند. آن‌ها قند خالص می‌نوشند و به دیابت مبتلا نمی‌شوند.»

ارنست یکی از اندک محققانی است که در زمینه‌ی چگونگی سازگاری مرغ‌های مگس با فشارهای شدید سبک زندگی آن‌ها، پژوهش می‌کنند. در ادامه، برخی مواردی را که دانشمندان از سازگاری منحصر‌به‌فرد مرغ‌های مگس کشف کرده‌اند، مرور می‌کنیم.

برای سال‌ها، بیشتر محققان بر این باور بودند که مرغ‌های مگس فقط حدود ۳۰ درصد از روز خود را به فعالیت‌های پرانرژی مانند پرواز از گلی به گل دیگر و نوشیدن شهد اختصاص می‌دهند و بیشتر وقتشان را در استراحت به سر می‌برند. اما آنوشا شانکار، بوم‌شناس فیزیولوژی، این پرندگان را با دقت زیر نظر گرفت و دریافت که آن‌ها اغلب بسیار سخت‌تر از تصورات پیشین تلاش می‌کنند.

سپس، شانکار نتیجه گرفت که مرغ‌های مگس در طول روز چه میزان زمان را به تغذیه و چه مقدار را به نشستن اختصاص می‌دهند. مرغ‌های مگس بیشتر وقت خود را صرف خوردن شهد می‌کنند، اما در مواقعی که گل‌ها کم می‌شوند، به سختی تغذیه می‌کنند.

شانکار می‌گوید: «ما دریافتیم که این موضوع بسیار متغیر است.» در اوایل تابستان، زمانی که گل‌ها فراوان بودند، پرندگان می‌توانستند نیازهای روزانه‌ی خود به انرژی را فقط با چند ساعت تغذیه تأمین و تا ۷۰ درصد از روز را صرف استراحت کنند. اما با آغاز باران‌های موسمی تابستانی، گل‌ها کمیاب‌تر می‌شدند. پرندگان در یکی از مناطق، فقط ۲۰ درصد از ساعات بیداری خود را به نشستن اختصاص می‌دادند و بقیه روز را صرف تغذیه می‌کردند.

شانکار می‌گوید: «این یعنی ۱۳ ساعت در روز! من هیچ‌گاه نمی‌توانم ۱۳ ساعت از روز را صرف دویدن کنم. نمی‌دانم چطور آن‌ها این کار را انجام می‌دهند.»

مرغ‌های مگس، ترفند خاصی را برای استفاده‌ی حداکثری از ذخایر انرژی خود به کار می‌برند: زمانی که پرنده در خطر تمام‌شدن انرژی قرار بگیرد، در شب به حالت خفتگی یا مرگ کاذب می‌رود. در این حالت رخوت‌انگیز، دمای بدن پرنده تقریباً به اندازه‌ی دمای هوای اطرافش کاهش می‌یابد، گاهی فقط چند درجه بالاتر از نقطه‌ی انجماد. پرنده در حالت خفتگی تقریباً به وضعیت کما می‌رود، نمی‌تواند به سرعت به محرک‌های اطرافش واکنش نشان دهد و فقط به شکل متناوب نفس می‌کشد.

براساس محاسبات شانکار، استراتژی خفتگی می‌تواند تا ۹۵ درصد از میزان انرژی لازم برای سوخت‌و‌ساز ساعتی در شب‌های سرد را کاهش دهد. قرارگیری در این حالت پس از روزهایی که پرنده کمتر از حد معمول تغذیه کرده، مانند روزهای پس از طوفان، حیاتی است. همچنین، به پرندگان کمک می‌کند تا پیش از مهاجرت، انرژی را ذخیره کنند و چربی بدن خود را افزایش دهند.

یکی از دسته‌های ژن‌هایی که به نظر می‌رسد در طول خفتگی دست نخورده باقی می‌مانند، آن‌هایی هستند که مسئولیت ساعت داخلی بدن پرنده را برعهده دارند. شانکار می‌گوید: «برای آن‌ها مهم است که حتی در حالت خفتگی نیز کارها را در زمان مناسب انجام دهند.» به عنوان مثال، برای اینکه پرنده بتواند روز را به خوبی آغاز کند، حدود یک ساعت قبل از طلوع خورشید و خیلی زودتر از دریافت نشانه‌های نوری مشاهده‌پذیر، شروع به بیدارشدن می‌کند.

مرغ‌های مگس به‌منظور تأمین انرژی مورد‌نیاز برای سوخت‌و‌ساز بسیار بالای بدنشان، هر روز به اندازه‌ی حدود ۸۰ درصد از وزن بدن خود، شهد مصرف می‌کنند. این مقدار شهد، معادل این است که فردی با وزن حدوداً ۷۰ کیلوگرم، روزانه تقریباً ۱۰۰ قوطی نوشابه‌ی نیم لیتری بنوشد. البته، شهد اغلب بسیار شیرین‌تر از نوشابه است.

روده‌ی انسان نمی‌تواند با چنین سرعتی قند را جذب کند. به گفته کن ولچ، فیزیولوژیست مقایسه‌ای در دانشگاه تورنتو اسکاربرو، یکی از دلایل بیماری معده انسان، از مصرف بیش‌از‌حد نوشابه یا آب‌نبات ناشی می‌شود. مرغ‌های مگس برای مقابله با حمله‌ی قند، روده‌های نشت‌کننده دارند. یعنی قند در چنین روده‌ای، نه تنها از طریق سلول‌های روده، بلکه از میان آن‌ها وارد جریان خون می‌شود. بدین صورت قند پیش از آن‌که ناراحتی ایجاد کند، با سرعت از روده خارج می‌شود. حمل‌ونقل سریع قند و احتمالاً سایر سازگاری‌ها، به مرغ‌های مگس امکان می‌دهد که به سطوح قند خونی تا شش برابر بیشتر از سطوح موجود در انسان‌ها برسند.

ولچ می‌گوید هنوز مشخص نیست که چگونه مرغ‌های مگس به مشکلاتی مانند گلیکاسیون دچار نمی‌شوند، اما پژوهشگران در حال دستیابی به سرنخ‌هایی هستند. به عنوان مثال، مطالعه‌ای نشان می‌دهد که پروتئین‌های پرندگان نسبت به پروتئین‌های پستانداران، آمینواسیدهای مستعد گلیکاسیون کمتری دارند و آمینواسیدهای دیگر نیز معمولاً در عمق پروتئین قرار دارند، یعنی کمتر در معرض قند در گردش قرار می‌گیرند.

سایر استراتژی‌های ناشناخته برای مقابله با قند خون بالا، ممکن است در آینده فواید عملی برای مدیریت دیابت در انسان‌ها به ارمغان آورد. ولچ می‌گوید: «در ژنوم مرغ مگس ممکن است معدنی از طلا وجود داشته باشد.»

یکی از چالش‌هایی که مرغ‌های مگس با آن روبرو هستند، تغییر سوخت‌و‌ساز در پایان شبانه‌روز است. در کنار این چالش، رژیم غذایی شهد نیز مسائلی همچون مصرف زیاد آب را به دنبال دارد. حال، بیایید نگاهی به سازگاری‌های این پرندگان در مواجهه با هر دو چالش بیاندازیم.

مرغ‌های مگس‌ تا پایان روزه‌ی شبانه، تقریباً ذخایر قند بدنشان را به‌طور کامل تخلیه می‌کنند. این مسئله، چالش سوخت‌و‌سازی معکوس ایجاد می‌کند. ولچ می‌پرسد: «چطور این پرنده از خواب بیدار می‌شود و پرواز می‌کند؟ چیزی جز چربی برای سوزاندن باقی نمانده است.»

ولچ دریافته است که مرغ‌های مگس، به طرز شگفت‌انگیزی قادر به تغییر سوخت‌و‌ساز خود از سوزاندن قند به سوزاندن چربی هستند. او می‌گوید: «این عمل به تغییر عظیمی در مسیرهای زیست‌شیمیایی نیاز دارد که در این فرآیند دخیل هستند» و تغییر در عرض چند دقیقه رخ می‌دهد، خیلی سریع‌تر از دیگر موجودات. او می‌افزاید: «اگر ما هم می‌توانستیم چنین کنترلی بر مصرف سوخت خود داشته باشیم، خیلی خوشحال می‌شدیم.»

قند تنها چالش ناشی از رژیم غذایی سرشار از شهد نیست. در نهایت، شهد عمدتاً از آب تشکیل شده است و پرندگانی که در چنین مقادیر زیادی مایعات می‌نوشند، باید مقدار زیادی از آن را دفع کنند، بدون اینکه الکترولیت از دست بدهند. به همین دلیل، کلیه‌های مرغ‌های مگس به طرز ویژه‌ای سازگار شده‌اند تا الکترولیت‌ها را پیش از دفع مجدد، جذب کنند. کارلوس مارتینز دل ریو، بوم‌شناس فیزیولوژی بازنشسته از دانشگاه وایومینگ، می‌گوید: «این پرندگان آب مقطر دفع می‌کنند.»

نیازهای سوخت‌و‌سازی مرغ‌های مگس در سطح دریا نیز به اندازه کافی سخت می‌شود. اما بسیاری از گونه‌ها در ارتفاعات بالا زندگی می‌کنند. هوای رقیق در ارتفاعات، اکسیژن کمتری دارد و مقاومت کمتری برای مقابله با هوا در زمان معلق‌ماندن ایجاد می‌کند. به عنوان مثال، مرغ مگس غول‌پیکر، بزرگ‌ترین مرغ مگس جهان که در کوه‌های آند در ارتفاعات بیش از چهار کیلومتر زندگی کند، یعنی بالاتر از بسیاری از هلیکوپترها. به گفته‌ی جسی ویلیامسن، پرنده‌شناس از دانشگاه کرنل، برای مقابله با چنین شرایطی، هموگلوبین در خون این پرندگان غنی‌تر است.

اما بعضی از مرغ‌های مگس با چالشی‌های بزرگ‌تری مواجه هستند. مرغ‌های مگس غول‌پیکر آن‌قدر بزرگ هستند که محققان می‌توانند تگ‌های ردیابی ماهواره‌ای و همچنین، موقعیت‌یاب‌های کوچکتری را به آن‌ها وصل کنند. بنابراین ویلیامسون و همکارانش تصمیم گرفتند این پرندگان را به ردیاب مجهز کنند. پس از هزاران ساعت تلاش برای گرفتن پرندگان با استفاده از تور، محققان توانستند با استفاده از تسمه‌های سفارشی ساخته‌شده از بندهای مخصوص جواهرسازی، ردیاب‌ها را به ۵۷ پرنده متصل کنند.

اگرچه داده‌های ردیابی فقط از هشت پرنده بازیابی شد، همین نمونه کوچک هم شگفتی بزرگی را به همراه داشت: برخی پرندگان تمام سال را در کوه‌های آند زندگی می‌کنند، در حالی که دیگرانی که از گونه‌ای جداگانه و پیش‌تر شناسایی‌نشده بودند، هر سال از مناطق تولیدمثل خود در سواحل شیلی به کوه‌های آند مهاجرت می‌کنند. این بدین معناست که پرندگان نه تنها با چالش‌های آشکار مهاجرت طولانی (سفر رفت و برگشت تقریباً هشت هزار کیلومتری) مواجه هستند، بلکه باید خود را با هوای رقیق‌تر نیز سازگار کنند.

اما راز مرغ‌های مگس چیست؟ آن‌ها به تدریج با شرایط سازگار می‌شوند. ویلیامسن می‌گوید: «کار آن‌ها شبیه به روش صعود کوهنوردان انسانی به قله‌هایی مانند اورست است، صعود و وقفه‌هایی برای عادت کردن به شرایط. سفر ماه‌ها طول می‌کشد.»

درحالی که دسترسی به فناوری ردیابی سبک‌تر و ارزان‌تر بهبود می‌یابد، محققانی مانند ویلیامسن امیدوار هستند که بتوانند گونه‌های کوچک‌تری از مرغ‌های مگس را نیز ردیابی کنند. ردیابی به همراه سایر پیشرفت‌ها در فناوری تحقیقاتی، ممکن است شگفتی‌های بسیاری را درباره‌ی زیست‌شناسی این پرندگان کوچک و شگفت‌انگیز به همراه داشته باشد.