راز مرگبار نیش مارها: مرگ در 90 میلی‌ ثانیه

به گزارش رکنا، مارها یکی از خزندگان باستانی زمین محسوب می‌شوند و برخی از آن‌ها با استفاده از نیش‌های سمی خود به موفقیت تکاملی دست یافته‌اند. گونه‌های سمی این جانداران، با سرعتی شگفت‌انگیز، طعمه‌های خود را نیش می‌زنند و آن‌ها را به دام می‌اندازند.

به‌تازگی، پژوهشگران بزرگترین مطالعه در نوع خود را انجام داده‌اند تا عملکرد نیش مرگبار مارها را با جزئیات بررسی کنند. در این تحقیق، با استفاده از فناوری‌های پیشرفته تصویری، مشخص شد که چگونه گونه‌های مختلف مار از روش‌های متفاوتی برای استفاده از نیش‌های خود بهره می‌برند.

نقش فناوری در بررسی نیش مارها

در حال حاضر، حدود ۴۰۰۰ گونه مار در سراسر جهان شناسایی شده‌اند که از این تعداد، حدود ۶۰۰ گونه دارای نیش سمی هستند. استفاده از فناوری تصویربرداری با سرعت‌بالا از دهه ۱۹۵۰ میلادی آغاز شد و دانشمندان توانستند برای اولین بار با استفاده از این فناوری حملات مارها را مشاهده و تحلیل کنند.

با پیشرفت این تکنولوژی، امکان بسیار بیشتری برای بررسی و تحلیل عملکرد نیش مارهای سمی فراهم شد. پژوهش‌ها نشان داده‌اند که حملات متمایزی میان شکار مارها و حملات دفاعی آن‌ها وجود دارد.

اما بسیاری از مطالعات اخیر با محدودیت‌هایی مواجه بوده‌اند. نخست اینکه فیلم‌برداری‌ها معمولاً فقط با یک دوربین انجام می‌شد و بنابراین دیدی کامل از تمام جهات حمله مارها حاصل نمی‌شد. دوم، این ویدئوها کیفیت پایینی داشتند، زیرا بیشتر در محیط‌های طبیعی و با نور کم ضبط شده‌اند. سوم، بیشتر تحقیقات تنها به چند گونه محدود بوده‌اند و رفتار گونه‌های مختلف بررسی نشده است.

دنیای شگفت‌انگیز زهرها

در مطالعه‌ای جدید، دانشمندان ۳۶ گونه مختلف از مارهای سمی را بررسی کردند. این گونه‌ها شامل اعضای سه خانواده اصلی مارهای سمی مانند افعی‌ها (vipers)، کفچه‌مارها (elapids) و قمچه مارها (colubrids) بودند. ازجمله این مارها می‌توان به مار زنگی پشت الماسی غربی (Crotalus atrox)، گرزه‌مار (Macrovipera lebetinus) و مار افعی مرگ‌زا با پولک زبر (Acanthophis rugosus) اشاره کرد.

این تحقیق در مؤسسه‌ای به نام "دنیای زهر" در پاریس انجام شد. یک محیط آزمایشی خاص شامل دیوارهای پلکسی‌گلاس و کف مقوایی طراحی شد و هر مار به‌صورت جداگانه در این محیط مورد آزمایش قرار گرفت. برای شبیه‌سازی یک طعمه، استوانه‌ای از ژل پزشکی که به دمای ۳۸ درجه سانتی‌گراد گرم شده بود، در میدان آزمایش قرار داده شد.

دو دوربین با سرعت‌بالا که در زوایای متفاوت قرار داده شده بودند، تصاویر حملات مارها به طعمه مصنوعی را با سرعت ۱۰۰۰ فریم در ثانیه ضبط کردند.

پس از آن، متخصصان توانستند با کمک این ویدئوها تصاویر سه‌بعدی از حملات مارها بسازند و جزئیاتی مانند مدت‌زمان، سرعت، زاویه و شتاب باز شدن فک‌ها را تحلیل کنند. در این آزمایش، ۱۰۸ ویدئو از حملات موفقیت‌آمیز ثبت شد.

مقایسه عملکرد مارها

نتایج این مطالعه نشان داد که تفاوت‌های بسیاری بین نحوه حمله مارهای مختلف وجود دارد. افعی‌ها، برای رسیدن به طعمه و فرورفتن نیش‌های خود در آن، می‌توانند با سرعت بیش از ۴.۵ متر بر ثانیه حرکت کنند. آن‌ها گاهی نیش خود را سریعاً از طعمه خارج کرده و با زاویه‌ای بهتر دوباره وارد می‌کنند تا زهر را تزریق کنند.

طبق داده‌های به‌دست‌آمده، حدود ۸۴ درصد از افعی‌ها موفق شدند در کمتر از ۹۰ میلی‌ثانیه به طعمه خود برسند؛ زمانی‌ که به‌طور قابل‌توجهی کمتر از میانگین زمان واکنش طبیعی برای پستانداران است، که عمدتاً شکار اصلی این گروه از مارها محسوب می‌شوند.

از سوی دیگر، گونه‌ای از کفچه‌مارها مانند کبرای مرجانی کیپ، به نحوی دیگر حمله می‌کردند. آن‌ها با حرکت سریع به‌ سمت طعمه‌های مصنوعی، به‌شدت آن‌ها را گاز گرفته و با انقباض ماهیچه‌های فک‌هایشان زهرشان را رها می‌کردند. ازجمله خزنده‌های باستانی کره زمین می‌توان به مارها اشاره کرد که برخی از گونه‌هایشان، موفقیت تکاملی‌شان را مدیون اثرگذاری نیش‌ها به‌عنوان سلاح‌های شیمیایی‌شان هستند. مارهایی که نیش سمی دارند، بلافاصله بعد از شکار یک موجود زنده، با سرعت حیرت‌انگیزی طعمه را نیش می‌زنند تا کارش را تمام کنند.

اخیراً محققان در مطالعه‌ای که در نوع خودش بزرگ‌ترین مطالعه تا به امروز است، به بررسی جزئیات دقیق عملکرد این نیش‌ها پرداخته‌اند. در این تحقیق محققان با بهره‌گیری از تکنیک‌های پیشرفته ویدئویی، نشان داده‌اند که چگونه گونه‌های مختلف مار، با استراتژی‌های کاملاً متفاوتی، نیش‌های مرگبارشان را وارد بدن طعمه‌ها می‌کنند.

استفاده از فناوری برای نمایش نحوه نیش زدن مارها

تقریباً ۴۰۰۰ گونه مار روی زمین وجود زندگی می‌کنند که حدود ۶۰۰ گونه از آن‌ها سمی هستند. از دهه ۱۹۵۰ میلادی و زمانی که عکاسی و فیلم‌برداری با سرعت‌بالا برای اولین بار توسعه یافت، دانشمندان برای درک بهتر نحوه نیش زدن مارها، شروع به ضبط بصری حملات آن‌ها کردند.

در طول دهه‌ها، این فناوری‌ها پیشرفت فراوانی داشتند و حالا این امکان برای دانشمندان فراهم‌شده تا عملکرد نیش مارهای سمی را با جزئیات بیشتری ثبت و مطالعه کنند. در تحقیقات پیشین مشخص‌شده بود که تفاوت‌های واضحی بین حملات مارها برای شکار طعمه و حملاتی که برای دفاع انجام می‌دهند، وجود دارد.

اما در اکثر مطالعات اخیر بر روی نیش مارها تعدادی از عوامل محدود شده بودند. اول اینکه محققان ، تمام نیش‌ها را تنها با یک دوربین ضبط کرده‌اند؛ یعنی ما فقط نمای جانبی را می‌بینیم، درحالی‌که مارها می‌توانند در همه جهات بخزند. ثانیاً، این ضبط‌ها وضوح نسبتاً پایینی داشته‌اند؛ چراکه عمدتاً در میدان و در شرایط نور کم انجام‌شده‌اند. ثالثاً، تمرکز این مطالعه اغلب روی یک‌گونه مار یا تعداد محدودی از گونه‌هاست؛ یعنی در این مطالعات مشخص نیست که بسیاری از گونه‌های دیگر ممکن است چگونه رفتار کرده یا سریع‌تر حمله کنند.

به دنیای زهرها خوش آمدید

در جدیدترین مطالعه، نیش ۳۶ گونه مختلف از مارهای سمی مورد مطالعه قرار گرفت. این گونه‌ها از سه خانواده اصلی مارهای سمی بودند: افعی‌ها (vipers)، کفچه‌مارها (elapids) و قمچه مارها (colubrids) و شامل مار زنگی پشت الماسی غربی (Crotalus atrox)، گرزه‌مار (Macrovipera lebetinus  و مار افعی مرگ‌زا با پولک زبر (Acanthophis rugosus)  بودند.

همه مارهایی که این مطالعه بر رویشان انجام شد، در مؤسسه‌ دنیای زهر در پاریس نگهداری می‌شدند. در این موسسه یک میدان آزمایشی کوچک شامل پنل‌های پلکسی‌گلاس که با کف مقوایی پوشانده شده بود، ساخته شد و مارها به‌صورت انفرادی در آن قرار گرفتند. درعین‌حال یک منبع غذایی شبیه‌سازی‌شده که درواقع یک‌تکه استوانه‌ای از ژل پزشکی که تا ۳۸ درجه گرم شده بود تا برای مارهایی که قادر به تشخیص گرما هستند، شبیه طعمه به نظر برسد، در داخل میدان قرار داده شد.

درعین‌حال دو دوربین با سرعت‌بالا که در زوایای مختلف قرار داده‌شده بودند، به‌طور خودکار حملات مارها به ژل را با سرعت ۱۰۰۰ فریم در ثانیه ثبت کردند.

متخصصان با استفاده از فیلم‌های ضبط شده از دو نمای مختلف، حمله‌های مارها به طعمه را به‌صورت سه‌بُعدی بازسازی کردند تا بتوانند به بررسی اجزای مختلفی مثل مدت‌زمان، شتاب، زاویه و سرعت باز شدن فک مار بپردازند. آن‌ها در مجموع ۱۰۸ ویدئو از حملات موفقیت‌آمیز ثبت کردند که شامل سه مورد برای هر یک از گونه‌های موجود در مطالعه بود.

آمار مقایسه‌ای مارها

طبق اعلام محققان، تفاوت‌های عمده‌ای بین حملات مارهایی که موردمطالعه قرار گرفتند وجود داشت. افعی‌ها برای رسیدن به طعمه و فرو کردن نیش‌های سوزن مانندشان به طعمه‌های ساختگی با سرعتی بیش از ۴.۵ متر در ثانیه حرکت می‌کردند؛ آن‌ها گاهی به‌سرعت نیش‌های خود را از طعمه ساختگی خارج کرده و دوباره با زاویه بهتری وارد می‌کردند و فقط زمانی که نیش‌ها به‌راحتی در جای خود قرار می‌گرفتند، فک‌شان را بسته و زهرشان تزریق می‌کردند.

حدود ۸۴% از افعی‌های حاضر در این مطالعه در کمتر از ۹۰ میلی‌ثانیه به طعمه خود رسیدند که این سریع‌تر از میانگین زمان واکنش برای یک پستاندار که طعمه ترجیحی بسیاری از افعی‌ها در طبیعت هستند.

کفچه‌مارهایی مثل کبرای مرجانی کیپ با خزیدن به سمت طعمه ساختگی یورش برده و آن را به‌طور مکرر گاز می‌گرفتند و با منقبض شدن ماهیچه‌های فکشان، زهر آزاد می‌شد.