دستگاه گردش آب: سیستم داخلی خارپوستان برای حرکت، تنفس و دفع

دستگاه گردش آب در خارپوستان: موتور حیاتی دریا

خارپوست کیست؟ معرفی یک گروه آبزی جالب

خارپوستان ² گروهی از جانوران دریایی هستند که بیش از 7000 گونه دارند. آنها برخلاف نامشان، همه‌شان تیز و خاردار نیستند! ستاره دریایی، توتیای دریایی، خیار دریایی و ستاره شکننده از اعضای معروف این خانواده هستند. وجه مشترک همه آنها، ساختار داخلی و خارجی تقارن پنج‌پرهای و البته داشتن دستگاه گردش آب است. بدن آنها اسکلت داخلی از جنس آهک دارد و پوستی سخت یا انعطاف‌پذیر روی آن را پوشانده است. این جانوران در همه اقیانوس‌های جهان، از آب‌های کم‌عمق ساحل تا اعماق دریا زندگی می‌کنند.

قطعات اصلی دستگاه گردش آب: از روزنه تا پایک

سیستم گردش آب مانند یک شهر کوچک لوله‌کشی شده است که آب دریا به جای آب شیرین در آن جریان دارد. این سیستم از بخش‌های زیر تشکیل شده است:

۱. مادریپور⁴: این اولین ایستگاه است! یک صفحه غربالی کوچک و سفت روی سطح بدن (اغلب پشت ستاره دریایی). مانند یک شیر ورودی فیلتردار عمل می‌کند و فقط اجازه ورود آب دریا را می‌دهد و از ورود ذرات بزرگ و ماسه جلوگیری می‌کند.

۲. مجرای سنگی⁵: لوله کوتاهی که مستقیماً از مادریپور به حلقه دوری میانی متصل است.

۳. مجرای حلقوی⁶: این لوله مانند یک حلقه در مرکز بدن (اطراف دهان) قرار دارد. مانند یک مخزن آب مرکزی یا ایستگاه پمپاژ اصلی عمل می‌کند که آب را به همه قسمت‌ها توزیع می‌کند.

۴. مجاری شعاعی⁷: اینها لوله‌هایی هستند که از مجرای حلقوی منشعب شده و به هر بازو (در ستاره دریایی) یا به سمت بخش‌های مختلف بدن می‌روند. مانند لوله‌کشی اصلی خیابان‌های یک شهر.

۵. پایک‌ها یا پاهای لوله‌ای⁸: اینها اجزای قابل مشاهده و کاربردی سیستم هستند. پایک‌ها لوله‌های کوچک، انعطاف‌پذیر و مکنده‌ای هستند که از مجاری شعاعی منشعب می‌شوند و از سوراخ‌های صفحه اسکلتی بدن بیرون می‌زنند. هر پایک مانند یک سرنگ کوچک عمل می‌کند.

یک دستگاه، سه کارکرد حیاتی: حرکت، تنفس و دفع

دستگاه گردش آب برای خارپوستان حکم ریه، پا و سیستم دفعی را همزمان دارد. بیایید ببینیم این سه عملکرد چگونه انجام می‌شود:

۱. حرکت (Locomotion): فرض کنید می‌خواهید یک ستاره دریایی را از روی شیشه آکواریوم بلند کنید. می‌بینید که محکم چسبیده است. این به خاطر صدها پایک لوله‌ای کوچک در سطح زیرین بدنش است. هر پایک با ایجاد خلاء در انتهای خود (به کمک ماهیچه‌های دیواره‌اش) به سطح می‌چسبد. سپس با تغییر فشار آب درونش، منقبض یا کشیده می‌شود و بدن را به سمت جلو می‌کشد. هماهنگی حرکت هزاران پایک، باعث حرکت آرام و پیوسته ستاره دریایی می‌شود. توتیای دریایی هم از همین پایک‌ها برای حرکت دادن خارهایش یا جابجایی خود استفاده می‌کند.

۲. تنفس (Respiration): خارپوستان شش یا آبشش به شکل ماهی‌ها ندارند. تنفس در بسیاری از آنها از طریق پایک‌های تنفسی یا ساختارهای ویژه‌ای مانند درخت تنفسی⁹ در خیار دریایی انجام می‌شود. در این ساختارها، آب دریا که حاوی اکسیژن محلول است، مدام در گردش است. اکسیژن از دیواره نازک این لوله‌ها (که پر از آب است) به مایعات بدن جانور نفوذ می‌کند و دی‌اکسید کربن نیز به بیرون دفع می‌شود. این فرآیند دقیقاً مشابه تبادل گاز در سلول‌های بدن ما است، با این تفاوت که به جای خون، آب دریا حامل گازهاست.

۳. دفع مواد زائد (Excretion): سلول‌های بدن خارپوست هم مانند همه موجودات زنده، مواد زائد تولید می‌کنند. بخشی از این مواد زائد (مانند آمونیاک) مستقیماً از دیواره نازک پایک‌ها و ساختارهای تنفسی به داخل جریان آب دریا دفع می‌شوند. برخی سلول‌های ویژه به نام سلول‌های کوئوموسیت¹⁰ نیز در داخل سیستم گردش آب شناورند و مانند یک سیستم جمع‌آوری زباله، مواد زائد را جمع‌آوری می‌کنند.

از آکواریوم تا ساحل: مشاهده دستگاه گردش آب در عمل

برای درک بهتر این سیستم نیازی به آزمایشگاه پیشرفته نیست. اگر به آکواریوم یا حتی فیلمی از حرکت یک ستاره دریایی دقت کنید، حرکت موج‌وار پایک‌های ریز زیر بدنش را می‌بینید. این حرکت هماهنگ، ناشی از پمپاژ آب به گروه‌های مختلف پایک‌ها است. مثال دیگر، توتیای دریایی است. اگر یک توتیا زنده را در آب تماشا کنید، می‌بینید خارهای بلندش مدام در حرکت هستند. این خارها توسط پایک‌های لوله‌ای کوچکی که در پایه هر خار قرار دارد، حرکت داده می‌شوند. این پایک‌ها با تغییر فشار آب، خار را به عنوان یک اهرم بلند می‌کنند یا پایین می‌آورند و به توتیا امکان حرکت و دفاع می‌دهند.

حتی در خیار دریایی که به نظر بی‌حرکت می‌رسد، این سیستم برای تنفس فعال است. خیار دریایی آب را از طریق مادریپور به داخل می‌مکد، آن را به دو شاخه درخت تنفسی در انتهای بدنش می‌فرستد، اکسیژن آن را می‌گیرد و سپس آب مصرف شده را از مخرج بدنش به بیرون می‌فرستد. این یک سیستم تهویه بسیار کارآمد است!

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

پاورقی

¹ دستگاه گردش آب (Water Vascular System): سیستم هیدرولیکی منحصربه‌فرد خارپوستان که از شبکه‌ای از مجاری پر از آب دریا تشکیل شده.
² خارپوست (Echinoderm): نام علمی شاخه‌ای از جانوران که شامل ستاره دریایی، توتیا و خیار دریایی می‌شود. معادل انگلیسی: Echinodermata.
³ پایک (Tube Foot): اندام لوله‌ای کوچک، انعطاف‌پذیر و مکنده که بخش عملیاتی دستگاه گردش آب است.
⁴ مادریپور (Madreporite): صفحه غربالی سفت روی بدن که نقطه ورود آب دریا به سیستم است.
⁵ مجرای سنگی (Stone Canal): مجرای کوتاه متصل کننده مادریپور به مجرای حلقوی.
⁶ مجرای حلقوی (Ring Canal): مجرای حلقوی شکل دور دهان که مانند یک مخزن مرکزی عمل می‌کند.
⁷ مجرای شعاعی (Radial Canal): مجراهایی که از مجرای حلقوی به سمت بازوها یا بخش‌های بدن کشیده شده‌اند.
⁸ پایک لوله‌ای (Tube Foot): معادل انگلیسی همان Tube Foot.
⁹ درخت تنفسی (Respiratory Tree): ساختار درختی شکل در خیار دریایی که برای تنفس از آن استفاده می‌کند.
¹⁰ سلول‌های کوئوموسیت (Coelomocytes): سلول‌های شناور در مایع بدن که در جمع‌آوری مواد زائد نقش دارند.