حرکت چرخ‌پیکری مارهای نیزار کوتوله؛ فرار با سرعت ۳٫۷ متر بر ثانیه

خزنده‌ای که نمی‌خزد

مارها معمولاً با حرکت موجی بدن (undulating locomotion) جابه‌جا می‌شوند؛ الگویی که در آن انقباض‌های متوالی عضلات، امواجی از پهلو به پهلوی بدن می‌سازند و جانور را روی زمین پیش می‌برند. اما گروهی از مارهای کوچک‌جثه در جنوب شرقی آسیا راه دیگری یافته‌اند: بدن خود را مانند حلقه‌ای قوس می‌دهند و غلت می‌زنند. این حرکت که در ادبیات علمی «چرخ‌پیکری» (cartwheeling) نامیده می‌شود، پیش‌تر تنها در چند مشاهده پراکنده گزارش شده بود، اما اکنون پژوهشی در نشریه Current Biology آن را به‌طور کمی توصیف کرده است.

گروهی به سرپرستی یوسوکه کوجیما، مدرس گروه زیست‌شناسی دانشگاه توهو در ژاپن، رفتار سه گونه از مارهای نیزار کوتوله (سرده Pseudorabdion) را بین سال‌های ۲۰۱۹ تا ۲۰۲۲ در مالزی، از جمله در ایالت ساراواک در جزیره بورنئو، فیلم‌برداری کردند. این سه گونه عبارت‌اند از P. saravacense، P. collaris و P. longiceps. پژوهشگران همچنین سه گونه از سرده دیگری از مارهای نیزار (Calamaria) را بررسی کردند که چنین رفتاری از خود نشان ندادند.

مکانیک حرکت: سر ثابت، بدن چرخان

نکته کلیدی در این حرکت، تقسیم نقش میان سر و تنه است. مار سر خود را در موقعیتی نسبتاً ثابت و اغلب کمی بالاتر از سطح زمین نگه می‌دارد، در حالی که بخش‌های عقبی بدن به‌صورت جانبی قوس می‌خورند و به‌طور پیوسته از روی زمین می‌گذرند. نتیجه، حرکتی است شبیه چرخ دوچرخه یا چرخ‌فلک: یک نقطه تقریباً ثابت و یک حلقه در حال دوران.

برای درک بهتر، چرخ‌فلک را در نظر بگیرید. ورزشکار دست‌هایش را روی زمین می‌گذارد و پاها را در هوا می‌چرخاند؛ اگر دست‌ها جای خود را تغییر دهند، تعادل از دست می‌رود. مار نیز با محدود کردن جابه‌جایی سر، مرجعی پایدار برای جهت‌یابی و کنترل حرکت برای خود فراهم می‌کند. پژوهشگران با فیلم‌برداری از زوایای مختلف، همین الگو را به‌طور دقیق مستند کردند و نشان دادند که این پایداری تصادفی نیست، بلکه بخشی از سازوکار حرکت است.

سرعت: چهار برابر خزیدن معمول

اندازه‌گیری‌ها نشان داد که این مارها در حین غلت زدن به سرعت اوج ۱۲٫۱ فوت بر ثانیه، معادل ۳٫۶۹ متر بر ثانیه، دست می‌یابند. برای جانوری به طول چند ده سانتی‌متر، این سرعت چشمگیر است. کوجیما می‌گوید سرعت پیش‌روی هنگام غلت زدن به‌طور میانگین حدود چهار برابر سرعت حرکت موجی معمول است.

نکته مهم‌تر آن است که این حرکت فقط سریع نیست، بلکه کنترل‌شده است. پژوهشگران مسیری به عرض تنها ۲۰ سانتی‌متر ترتیب دادند و دیدند که مارها می‌توانند تقریباً در خط مستقیم روی آن پیش بروند. آن‌ها همچنین مشاهده کردند که مارها اغلب چرخش خود را با شیرجه رفتن زیر جسمی نزدیک پایان می‌دهند؛ نشانه‌ای از اینکه در حین غلت زدن نیز از محیط اطراف آگاه‌اند.

مسئله پایداری و حس‌ها

غلت زدن برای دستگاه عصبی جانور چالش بزرگی است. وقتی بدن به‌سرعت می‌چرخد، جهت‌های بالا و پایین، چپ و راست مدام جابه‌جا می‌شوند و اطلاعات حس‌های تعادلی و بینایی درهم می‌آمیزد. در جانوران دیگر، غلت خوردن معمولاً سر را بی‌ثبات می‌کند و توانایی تنظیم حرکت بر پایه حس‌ها را کاهش می‌دهد. راهبرد مارهای نیزار کوتوله، یعنی نگه داشتن سر در وضعیت نسبتاً ثابت و بالا، احتمالاً همین اثر ناپایدارکننده را خنثی می‌کند.

این نکته از منظر زیست‌شناسی تکاملی جالب است: بدن مارها برای خزیدن ساخته شده است؛ بدنی کشیده و بی‌دست‌وپا با ستون مهره‌های بسیار بلند و دنده‌های فراوان. چنین بدنی برای غلت زدن طراحی نشده است. با این حال، مار با استفاده هوشمندانه از همان ساختار، حرکتی را ممکن می‌کند که از ظاهر آن انتظار نمی‌رود.

چرا چنین رفتاری تکامل یافته است

مارهای نیزار کوتوله جانورانی پنهان‌کار و اغلب شب‌زی‌اند که در جنوب شرقی آسیا زندگی می‌کنند و طعمه پرندگان و مارهای دیگر می‌شوند. در چنین شرایطی، دو مزیت هم‌زمان ارزش تکاملی بالایی دارد: سرعت و غافلگیری.

فرضیه‌ای که پژوهشگران مطرح می‌کنند این است که غلت زدن می‌تواند شکارچی را گیج کند. حرکتی چرخان و سریع، الگویی غیرعادی می‌سازد که سامانه بینایی شکارچی را فریب می‌دهد. فرضیه دوم به ردیابی شیمیایی مربوط می‌شود: در مطالعه‌ای که سال ۲۰۲۳ منتشر شد، پژوهشگران احتمال دادند که غلت زدن رد بویایی نامنظم و پراکنده‌ای بر جای می‌گذارد و چون مارهای کبرا (سرده Ophiophagus) طعمه خود را از راه نشانه‌های بویایی می‌یابند، این رد نامنظم شکار را برای آن‌ها دشوارتر می‌کند.

غلت‌زنان دیگر در طبیعت

مارها تنها غلت‌زنندگان طبیعت نیستند. برخی عنکبوت‌های بیابانی و لاروهای چند گونه پروانه، از جمله لارو پروانه Pleurotya ruralis، نیز برای فرار غلت می‌زنند. اما تفاوت مهمی وجود دارد: این جانوران معمولاً کنترل کمی بر مسیر غلت خود دارند و غلت زدن برای آن‌ها بیشتر سقوطی هدایت‌شده است تا حرکتی جهت‌دار. مارهای نیزار کوتوله اما می‌توانند مسیر را حفظ کنند، سرعت را تنظیم کنند و در نقطه دلخواه از حرکت خارج شوند. همین ترکیب سرعت و کنترل است که این رفتار را از یک واکنش ساده متمایز می‌کند.

نوآوری رفتاری؛ درس بزرگ پژوهش

شاید مهم‌ترین پیام این مطالعه فراتر از مارها باشد. پژوهشگران آن را نمونه‌ای از «نوآوری رفتاری» (behavioral innovation) می‌دانند؛ یعنی توانایی جانور در به‌کارگیری رفتاری تازه که محدودیت‌های بدنی‌اش را جبران می‌کند. کوجیما تأکید می‌کند که نوآوری رفتاری می‌تواند توانایی‌های تازه و غافلگیرکننده‌ای پدید آورد که از روی شکل ظاهری جانور قابل پیش‌بینی نیست.

این دیدگاه در زیست‌شناسی اهمیت روش‌شناختی دارد: اگر تنها به آناتومی جانور نگاه کنیم، ممکن است رفتارهای ممکن را دست‌کم بگیریم. مشاهده میدانی و فیلم‌برداری دقیق، مرزهای شناخت ما از توانایی جانوران را گسترش می‌دهد. در مورد مارهای نیزار کوتوله، سال‌ها این رفتار تنها حکایتی پراکنده بود تا آنکه دوربین‌ها و تحلیل کمی، آن را به داده‌ای علمی تبدیل کردند.

چشم‌انداز آینده

پرسش‌های بسیاری باقی مانده است. آیا همه گونه‌های سرده Pseudorabdion غلت می‌زنند یا این توانایی در برخی از آن‌ها از میان رفته است؟ چه سازوکار عصبی‌ای به مار اجازه می‌دهد در حین چرخش سریع، جهت خود را حفظ کند؟ آیا ساختار فلس‌ها یا انحنای بدن در کارایی این حرکت نقش دارد؟ پاسخ به چنین پرسش‌هایی می‌تواند به درک عمیق‌تر رابطه میان ریخت بدن، دستگاه عصبی و رفتار منجر شود.

از منظر مهندسی زیستی نیز این مشاهده الهام‌بخش است. ربات‌هایی که با الهام از خزندگان ساخته می‌شوند، معمولاً بر حرکت موجی متمرکزند؛ اما غلت زدن نشان می‌دهد که یک بدن کشیده و بندبند می‌تواند در شرایط دشوار، شیوه حرکتی کاملاً متفاوتی را در پیش بگیرد. طبیعت، همان‌گونه که کوجیما می‌گوید، بار دیگر ثابت کرده است که رفتار جانوران می‌تواند از آنچه ظاهرشان وعده می‌دهد، بسیار فراتر برود.