דברים שיורמים יודעים: למה החרקים קטנים?

שואל  אנונימי תוהה : האם יש לנמלים ולמקקים דם? ולמה הם כה קטנים? שתי שאלות שהן אחת: החרקים קטנים משום שאין להם דם.

כמו שיודע כל מי שמחץ ג’וק נוזלי הגוף של החרק אינם אדומים, לחרקים אין המוגלובין שהוא החומר הצובע את דמנו (ואת דמם של אחינו למערכת בעלי החוליות) באדום. ההמוגלובין הוא מולקולה המכילה ברזל שתפקידה לקשור חמצן בריאות ולשחרר אותו לתאים בכל חלקי הגוף. לחרקים אין מולקולות קושרות חמצן כאלו ואין להם ריאות. דרך פתחים בכיסוי הקשה של גוף החרק נמשכים צינורות חלולים הנקראים טרכיאות לתוך הגוף. החמצן האטמוספרי מחלחל בתהליך פסיבי – דיפוזיה אל תוך הטרכיאות ומהאוויר שבטרכיאות לתאי הגוף.  

מעבר של חמצן בדיפוזיה הוא תהליך איטי מאוד המתבסס על תנועה אקראית של מולקולות. מי שניסה להמתיק כוס קפה ע”י הוספת סוכר אך ללא ערבוב- תוך שהוא מחכה שחלקיקי הסוכר יגיעו בכח התנועה האקראית שלהם לכל חלקי הכוס יודע שהקפה יתקרר הרבה לפני שיורגש הטעם המתוק.  כיוון שכך אף תא של החרק לא יכול לתפקד אם הוא רחוק מידי מחללי האוויר. חרק שיגדל למימדים החביבים על מפיקי סרטי אימה פשוט ייחנק. לכן כל בעל חיים שעוביו מעל שני סנטימטרים בערך חייב להעביר את החמצן באופן פעיל לתאים. אנחנו עושים זאת ע”י קשירת החמצן ששאפנו לריאות לאטומי ברזל שבהמוגלובין.

יש סרטנים, עכבישים וחסרי חוליות אחרים שמצליחים  לצמוח למימדים מרשימים ע”י קשירת החמצן לאטום נחושת בתוך מולקולה הנקראת המוציאנין. צבעו של ברזל מחומצן אדום כלומר דמנו אדום מאותה סיבה שגרוטאות  וכוכב הלכת מאדים אדומים. נחושת מחומצנת צבעה ירוק או כחול (כפי שמוכיחה פיסת הנחושת המפורסמת בעולם – פסל החירות שבניו יורק). יש סרטנים רבים וגדולים עם דם כחול לתפארת אך החרקים מעדיפים להסתפק בנוזל לימפה חסר גוון.

החרקים הגיעו לשיא גודלם בתקופת הפחם (לפני כ300 מיליוני שנים) כאשר ריכוז החמצן באטמוספירה הגיע עד 35% בהשוואה ל21% כיום. אותם ימי זוהר הותירו לנו מאובני חרקים שמוטת כנפיהם הגיע ל70 ס”מ ושפיריות שגודלן כעורבים ריחפו מעל השלוליות. ריכוז החמצן ירד מאז והגיע עד ל15% לפני כ150 מיליון שנים ואיתו הצטמקו החרקים. העליה בריכוז החמצן מאז לא לוותה בעלייה בגודל החרקים וחוקרי האבולוציה מסבירים זאת בהופעת טורפים  מעופפים (ציפורים ואחריהן עטלפים) שגרמו לברירה הטבעית להעדיף חרקים קטנים וזריזים.

איך זה שמיליון ויותר מיני חרקים לאורך עשרות מיליוני שנות אבולוציה לא פיתחו מנגנון הולכה אקטיבי של חמצן שיאפשר להם לגדול? התמיהה גדלה עוד יותר כשמביאים בחשבון שלא רק קרובים- רחוקים של החרקים כגון סרטנים ועכבישים משתמשים בהמוציאנין להולכת חמצן אלא קיים לפחות חרק אחד שיש המוציאנין בנוזלי גופו. חרק זה שייך דווקא לקבוצה הפרימיטיבית ביותר של חרקים – Plecoptera  (קלועי הכנף). החרקים “בחרו” במהלך האבולוציה לנטוש את ההולכה האקטיבית של החמצן ולשלם על כך בגמדות. מסתבר שהחרקים לא רק לא יכולים לגדול אלא גם לא כדאי להם במיוחד לגדול.

אין לאן לגדול

הסיבה הראשונה להעדפת המידות הקומפקטיות אצל הרמשים היא שאין להם לאן לגדול. בניגוד אלינו, בעלי העצמות הפנימיות שגדלים פשוט לחלל שסביבנו, החרקים עוטים עליהם שלד חיצוני (הוא שיוצר את קול הפיצוח האופייני כשדורכים על הג’וק). לשלד חיצוני יתרונות חשובים מבחינה מכאנית – זוהי הדרך היעילה ביותר להפיק חוזק ממסה נתונה של חומר קשיח. כדי לקבל, באמצעות עצם פנימית אותו חוזק שמפיק בעל חיים ממעטה חיצוני שעוביו כעשירית מקוטר הרגל נצטרך עצם שתופסת כמעט 90% מהקוטר כך שלא יישאר מקום רב לשרירים.כידוע לחובבי הכדורגל הטבלה לא משקרת,  אמא טבע בהחלט מעדיפה שלד חיצוני: ידועים בעולם כמיליון מיני פרוקי רגלים שהשלד שלהם עוטף אותם מבחוץ (חרקים, סרטנים, עכבישים וחבריהם)   ועוד כ130,000 מיני רכיכות שכפי שמעיד שמן גם להן אין עצמות. שלד פנימי יש  רק ל- כ60,000 מיני בעלי חוליות (דגים,דו חיים , זוחלים, עופות ויונקים). לשלד חיצוני יש גם מגבלות, כדי לגדול בעל החיים צריך להשליך את השלד הקטן ואז לבנות במקומו שלד רחב יותר. בתקופת הביניים, בין נשירת השלד הישן להתקשות השלד החדש צריכים השרירים לבדם להחזיק את משקל הגוף וזוהי מעמסה ההולכת ונעשית כבדה ככל שהחרק גדל. אצל חסרי חוליות החיים במים כח המשיכה אינו מציב בעיה ואכן סרטנים, לובסטרים ופרוקי רגלים ימיים אחרים גדלים לפעמים למידות מרשימות.

אין מתי לגדול

כלל קופ (Cope’s rule) קובע כי מימדי גופם של בעלי חיים נוטים לגדול עם הזמן: הפילים, הסוסים, הליוויתנים וגם אנחנו גדולים מהאבות הקדמונים.  ההסבר פשוט: פרטים גדולים מתמודדים טוב יותר עם טורפים ועם מתחרים ולכן מעמידים יותר צאצאים. גם אצל חרקים הבוגרים הגדולים מוצלחים יותר אבל כלל קופ לא עובד: מימדי הגוף נשארים קבועים לאורך הדורות. הפתרון לסתירה טמון כמראה במחזור החיים. החרקים מצאו פתרון גאוני לעמידה בשתי המטלות שצריך למלא כל יצור חי – לאכול ולהתרבות. בניגוד לבעלי החוליות שגופם צריך להתמודד עם שתי המשימות בו זמנית לחרקים שלב חיים שמותאם ספציפית לאכילה וגדילה ושלב אחר בו גופם מותאם באופן אופטימאלי לרבייה. השלב האוכל הוא שלב הזחל – מי שגידל “תולעי משי” (שכמובן אינם תולעים אלא זחלים) בקופסת נעלים יודע כי הזחלים הם מכונות אכילה ועושים מעט מאוד פרט לכרסום. כאשר החרק אכל מספיק הוא משנה את צורת גופו (בד”כ בשלב לא פעיל הוא הגולם) לצורה הבוגרת העוסקת ברבייה -מציאת בן זוג  והטלת ביציים. לפרט בוגר גדול יתרון על מתחריו הקטנים אבל אין יתרון לזחל גדול.   חרק גדול צריך  לאכול יותר כלומר להאריך את משך שלב הזחל ( בו הוא פגיע יותר לטריפה) ולהאריך את משך הזמן עד לבגרות מינית כלומר להעמיד פחות מחזורי צאצאים.  

אסור  להביא עודף משקל לטיסה

רוב החרקים בשלב כלשהו בחייהם מעופפים, כדי שעצם יעוף צריך לפעול עליו  כח עילוי שיאזן את כח המשיכה המושך את כולנו לכיוון מרכז כדור הארץ. כח העילוי יחסי למהירות והמהירות המינימלית לקבלת טיסה יציבה (Stall speed ) יחסי לגודל. גופים גדולים צריכים לנוע מהר יותר כדי שלא ליפול. החרקים מצליחים לעוף לאט, בלי השקעת אנרגיה רבה משום שהם קלי משקל. גם בקרב בעלי החוליות נוטים המעופפים להיות קטנים: העטלפים קלים וקטנים מרוב היונקים והציפורים המעופפות קטנות מאלו שאיבדו את כושר התעופה (כדוגמת היען).

החרקים הם בעלי החיים הנפוצים ביותר סביבנו ועם זאת הם מייצגים עולם שונה: ענף אבולוציוני שבחר בפתרונות הפוכים לאלו שלנו לאתגרי הקיום.  מאז החגב  המפלצתי בנבואת יואל ש”שִׁנָּיו שִׁנֵּי אַרְיֵה וּמְתַלְּעוֹת לָבִיא לוֹ” ועד סרטי אימה חרקים ועכבישים הפולשים לעולם המימדים שלנו  הם אמצעי חזק לעורר פחד וגועל. למזלנו אותה הביולוגיה מבטיחה שיצורים כאלו יישארו בתחום הפנטזיה.

עלתה בדעתכם שאלה מעניינת, מסקרנת, מוזרה, הזויה או מצחיקה? שלחו ל [email protected]

עוד בנושא באתר הידען:

• צילום רנטגן של חרקים הכריע ויכוח עתיק: חרקים נושמים באופן פעיל
• דברים שיורמים יודעים: האם אפשר לחיות בלי ראש?
• חוקרים מתחרים בחרקים