معلومة

كيف يتم فصل ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون في أجسامنا أثناء التنفس؟

كيف يتم فصل ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون في أجسامنا أثناء التنفس؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

https://www.msdmanuals.com/home/lung-and-airway-disorders/biology-of-the-lungs-and-airways/exchanging-oxygen-and-carbon-dioxide

توضح الصورة الموجودة في الرابط أعلاه أن كلا من ثاني أكسيد الكربون والأكسجين يمران عبر نفس الغشاء ولكن لا يزال يتم زفير ثاني أكسيد الكربون ويتم أخذ O2 في الجسم.

لماذا لا يختلط ثاني أكسيد الكربون مع O2 ويبقى في الدم؟

لماذا ينتقل ثاني أكسيد الكربون فقط من خلال الغشاء؟


كل ذلك يعود إلى تدرجات التركيز. في الدم غير المؤكسج ، وهو ما يدخل الرئتين ، يكون تركيز O2 منخفضًا نسبيًا ويكون تركيز ثاني أكسيد الكربون أعلى من تركيز الهواء المحيط. على الجانب الآخر ، يحتوي الهواء الذي نتنفسه على تركيز أعلى من O2 من الدم غير المؤكسج. الغشاء السنخي رقيق بدرجة كافية بحيث يمكن للغازات أن تنتشر عبر هذا التدرج على الفور تقريبًا. وبهذه الطريقة ، لديك أكسجة في الدم ، وإزالة ثاني أكسيد الكربون.


أنت في الواقع تستنشق وتزفر كلاً من ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون ، ما يتغير هو الكميات النسبية لكل منهما.

إلى جانب النسب الصغيرة من الغازات المختلفة والجزيئات غير الغازية ، يحتوي الهواء بشكل أساسي على النيتروجين (78٪) والأكسجين (21٪). يشكل ثاني أكسيد الكربون حوالي 0.5٪ من الهواء الذي تستنشقه.

بحلول الوقت الذي تقوم فيه بالزفير ، يحتوي هذا الهواء الآن على نفس كمية النيتروجين تقريبًا ، لكن كمية الأكسجين قد انخفضت إلى حوالي 15٪ وزادت كمية ثاني أكسيد الكربون بنحو عشرة أضعاف إلى حوالي 5٪.

على مستوى الخلايا الفردية ، يمر كلا الغازين عبر الأغشية في كلا الاتجاهين ، ما يهم هو مقدار المرور في كل اتجاه. كما يوضحporkchop ، هذا يعتمد على التركيزات النسبية. عندما يصل إلى الرئتين ، يحتوي الدم على نسبة عالية نسبيًا من ثاني أكسيد الكربون وأكسجين منخفض نسبيًا ، مقارنةً بالهواء الخارجي الذي تستنشقه. طالما بقي الهواء بالداخل ، فسوف يتوازن الاثنان. سيكون هناك بعض الجزيئات التي تتحرك في كل اتجاه - بعض جزيئات ثاني أكسيد الكربون ستذهب إلى الدم ، لكن الكثير منها سيتركها وتذهب إلى الهواء ، وستذهب بعض جزيئات O2 إلى الهواء ، ولكن الكثير سيأتي من الهواء إلى داخل الجسم. دم. نتيجة لذلك ، صافي التدفق هو خروج ثاني أكسيد الكربون من الدم ، و O2 في الدم. عادة ما توضح الرسوم البيانية صافي التدفق فقط.


لماذا يقع أنبوب الطعام (المريء) بالقرب من القصبة الهوائية (القصبة الهوائية)؟

القصبة الهوائية والمريء هما نوعان أساسيان من الأنابيب و lsquopipes في الجزء العلوي من جسم الإنسان. القصبة الهوائية ، والمعروفة أيضًا باسم القصبة الهوائية ، هي جزء من الجهاز التنفسي وتؤدي إلى الرئتين. في المقابل ، فإن المريء ، المعروف أيضًا باسم أنبوب الطعام ، هو جزء من الجهاز الهضمي ويقع مباشرة خلف القصبة الهوائية.

لفهم سياق هذا السؤال بشكل أفضل ، حاول أن تتذكر المخططات الخاصة بالجهاز الهضمي والجهاز التنفسي البشري التي درستها في المدرسة الثانوية ، مثل هذا:

(مصدر الصورة: Vecton / Shutterstock)

كما ترون بوضوح في هاتين الصورتين ، فإن أنبوب الطعام والقصبة الهوائية عمليًا بجوار بعضهما البعض. إذا كنت تأخذ لحظة للتفكير في الأمر ، فقد تقرر أن هذا التكوين ليس مثاليًا من منظور الأمان.

كما ترى ، فإن وضع المريء وفتحة القصبة الهوائية هذا محفوف بالمخاطر بعض الشيء لأنه أثناء ابتلاع الطعام ، يمكن أن يصل الطعام إلى المكان الخطأ ، أي القصبة الهوائية ، ويؤدي إلى عواقب وخيمة. الاختناق من الطعام طريقة شائعة نسبيًا للموت. هل سيكون من المنطقي أكثر إذا كان التطور قد فصل حلقنا عن القصبة الهوائية ووضع فجوة جسدية أكبر بينهما؟


امتحان الأحياء الجزء 1

الغرض من البحث العلمي هو ما تحاول اكتشافه أو السؤال الذي تحاول الإجابة عليه. ملاحظة أولية (على سبيل المثال ، السماء زرقاء) ستطرح سؤالًا مناسبًا (على سبيل المثال ، لماذا السماء زرقاء؟). على سبيل المثال ، في مقدمة الدرس ، رأيت مزارعًا يقوم بملاحظات حول محصول يحتضر. سيكون سؤاله & quot؛ ما هي العوامل التي تسببت في موت هذه النباتات؟ & quot

لقد تعلمت أن العلم هو جسم معرفي. من المهم أن تبحث عما لاحظه واكتشفه العلماء الآخرون بالفعل. من المحتمل أن يكون شخص ما قد اختبر ملاحظتك مسبقًا أو شيء متعلق بها. إذا رغب المزارع في معرفة سبب موت نباتاته ، فسيبحث عن أسباب عدم نمو هذا النوع من النباتات. يمكن للمزارع إجراء هذا البحث في المكتبة أو مركز الحدائق المحلي أو على الإنترنت.
تجنب التحيز

التحيز هو رأي مسبق أو تحيز يمكن أن يؤثر على نتائج الاختبار. بغض النظر عن مدى صعوبة محاولتنا أن نكون موضوعيين ، يمكن أن يتسلل التحيز إلى أبحاثنا وملاحظاتنا وأحكامنا. من المهم أن يبذل العلماء قصارى جهدهم لتجنب التحيز في تحقيقاتهم.

بعد البحث عما يعرفه العلماء الآخرون بالفعل ، سيحتاج المزارع إلى افتراض ما يعتقد أنه سيحدث. يتضمن تكوين الفرضية فهم المعرفة العلمية الحالية والإبداع للنظر في المشكلة أو السؤال بطريقة تؤدي إلى النتيجة المتوقعة. على سبيل المثال ، لاحظ المزارع أن النباتات المحتضرة تبدو صفراء وبنية ، لذلك استنتج أنه لا توجد مغذيات كافية في التربة. سيشكل الفرضية ، "نقص العناصر الغذائية في التربة يتسبب في موت النباتات."

ثم يقوم المزارع بتصميم وتنفيذ اختبار لمحاولة الحصول على إجابة على السؤال الأصلي والملاحظة. يقوم المزارع بتسجيل البيانات في ورقة بيانات. سيرغب أيضًا في تدوين الخطوات التي استخدمها لتنفيذ تجربته في حالة الحاجة إلى تكرارها. هذا يسمى الإجراء. سيتأكد المزارع من الإبلاغ عن إجراءاته وبياناته بدقة حتى يتمكن من مشاركة المعلومات مع الآخرين أو تكرار الإجراء في وقت لاحق.

يستخدم العلماء التجارب للبحث عن العلاقات في الطبيعة والعثور على إجابات لأسئلتهم. بمعنى آخر ، يقومون بتصميم تجارب لاختبار ما إذا كان التغيير في كمية أو عامل ما سيؤثر على عامل آخر في الطريقة التي تنبأت بها فرضيتهم. هذه الكميات المتغيرة تسمى المتغيرات. المتغير هو أي عامل أو شرط يمكن أن يوجد بكميات أو أنواع مختلفة. عادة ما تحتوي التجربة على ثلاثة أنواع من المتغيرات: مستقلة ، ومعتمدة ، وخاضعة للرقابة. قد يرغب المزارع في سرد ​​جميع المتغيرات في تجربته ، مثل كمية ضوء الشمس التي تتلقاها النباتات ، ودرجة الحرارة ، والعناصر الغذائية في التربة ، وكمية المياه في التربة ، ونوع النباتات.

المتغير المستقل هو المتغير الذي اختار العالم تغييره داخل التجربة لاختبار الفرضية. يجب أن تختبر التجربة الجيدة ، أو تختلف ، متغيرًا واحدًا فقط بحيث يمكن للعالم أن يكون واثقًا من أن الملاحظات التي تم إجراؤها هي نتيجة للتغييرات التي تم إجراؤها على المتغير المستقل. سيغير المزارع فقط كمية العناصر الغذائية في التربة. إذا قام بتغيير أكثر من هذا المتغير ، فلن يعرف ما إذا كانت الإجابة على سؤاله الأصلي صحيحة.

سيراقب العالم ما يحدث للمتغير التابع على مدار التجربة ليرى كيف يستجيب للتغيير الذي تم إجراؤه على المتغير المستقل. الملاحظات التي تم إجراؤها والبيانات التي تم جمعها فيما يتعلق بالمتغير التابع ناتجة عن التغييرات التي تم إجراؤها على المتغير المستقل وتعتمد عليها. من خلال تغيير كمية عنصر واحد من المغذيات في التربة ، يمكن للمزارع أن يرى النتائج في نمو نباتاته. معدل نمو النبات أو صحة النبات هو المتغير التابع. التغيير في المتغير التابع & quotdepends & quot على ما يتم باستخدام المتغير المستقل.

تحتوي التجارب أيضًا على متغيرات خاضعة للرقابة. المتغيرات الخاضعة للرقابة هي العوامل التي يختارها العالم للحفاظ على ثباتها على مدار التجربة للتأكد من أن أي شيء يحدث للمتغير التابع ناتج فقط عن المتغير المستقل. في التجربة النموذجية ، يجب أن تظل عوامل مثل درجة الحرارة والماء والتعرض لأشعة الشمس ثابتة (متغيرات مضبوطة) في التربة للتأكد من أن أي تغييرات في نمو النبات (متغير تابع) ناتجة بالفعل عن التغييرات في كمية العناصر الغذائية في التربة (متغير مستقل).

يقارن تحليل البيانات من التجربة بين القيم المعروفة وغير المعروفة في البيانات. تتكرر التجارب دائمًا عدة مرات للتأكد من صحة النتائج. عندما تكون التجربة صالحة ، فهذا يعني أن النتائج متسقة بمرور الوقت وقابلة للتكرار بواسطتك أو بواسطة عالم آخر يتبع نفس الإجراء.

بناءً على نتائج تجربة المزارع ، سيحلل البيانات عن طريق إنشاء مخططات أو رسوم بيانية لنمو النباتات بمرور الوقت.

بناءً على تحليل البيانات التي تم جمعها ، سيعود العالم إلى الفرضية الأصلية ويسأل: هل الفرضية الأصلية صحيحة أم غير صحيحة؟ أحيانًا يكون هذا بسيطًا جدًا والاستنتاج واضح. في بعض الأحيان ، يؤدي اكتشاف أن الفرضية غير صحيحة إلى اكتشافات جديدة. في بعض الأحيان ، تكون النتائج غير حاسمة ، ويجب على العالم تصميم تجربة جديدة أو إكمال المزيد من البحث. إذا وجد المزارع أن البيانات تدعم الفرضية الأصلية ، فقد يستنتج أن نقص مغذيات التربة تسبب في نمو النباتات بشكل سيء (أي يظهر التحليل أن تغيير كمية المغذيات يؤدي إلى نمو النباتات بشكل أسرع).

المجهر التشريح مفيد لفحص الأعضاء والأنسجة أثناء التشريح. يمكنك أيضًا استخدامه لعرض الأسطح وتفاصيل الأوراق والسيقان والعفن والجراثيم أو الأشياء الصغيرة الأخرى التي يمكن رؤيتها بالعين المجردة ولكنها تتطلب تكبيرًا لفحصها عن كثب.

ضوء
يمكن لمجهر الضوء رؤية الأشياء من حوالي 100 نانومتر إلى 1 سنتيمتر.

الخلايا النباتية والحيوانية
نواة
معظم البكتيريا
ميتوكوندريا

يمكن بالعين المجردة عرض الأشياء التي يزيد حجمها عن 100 ميكرومتر ، مثل:

أطول الخلايا العصبية والعضلية
بيض الدجاجه
بيض الضفدع

يستخدم مجهر تشريح لفحص الكائنات الحية أو الأشياء بتكبير منخفض نسبيًا.

هذه هي أجزاء مجهر التشريح التي نود بالتأكيد أن نراها تناقش. لقد قمت بتضمين نص لوصف كل جزء ووظيفته:

العدسة العينية: تحتوي معظم مجاهر التشريح على قطعتين للعين. يساعدك هذا على عرض العينة ثلاثية الأبعاد. تحتوي العدسات العينية على عدسة مكبرة بقوة تكبير 10x.

العدسة الموضوعية: العدسة الشيئية تكبر صورة العينة. تحتوي بعض مجاهر التشريح على أكثر من عدسة موضوعية على قطعة أنف دوارة ، مما يسمح لك بتغيير مستوى التكبير ، بينما يحتوي البعض الآخر على عدسة موضوعية واحدة فقط. تعمل كل من عدسة التكبير والعدسة الموجودة في العدسة على تكبير صورة العينة. قم بضرب قوى التكبير الخاصة بالعدستين للحصول على التكبير الكلي للصورة التي تشاهدها.

مصدر الضوء: مجاهر تشريح لها مصدر ضوء فوق لوحة المسرح. يضيء الضوء وينعكس من العينات غير الشفافة أو الصلبة لتحسين الصورة المكبرة.

لوحة المرحلة: توضع العينات على لوحة المسرح للعرض. تقدم بعض مجاهر التشريح لوحات مرحلة سوداء وبيضاء قابلة للانعكاس لتوفير تباين خلف العينات التي يتم عرضها. من المفيد استخدام الخلفية السوداء لعرض العينات ذات الألوان الفاتحة أو الشفافة والخلفية البيضاء للعينات الداكنة أو غير الشفافة.

قرص التركيز: يدور قرص التركيز ، ويحرك رأس المجهر لأعلى أو لأسفل لتركيز رؤيتك للعينة. تحتوي معظم مجاهر التشريح على قرص تركيز واحد فقط.

مجال الرؤية: مجال الرؤية هو المنطقة المرئية عندما تنظر من خلال العدسة.

يمكن استخدام المجاهر الضوئية المركبة لعرض عينات الأنسجة والدم والكائنات الحية الدقيقة في مياه البركة والخلايا المجهرية وبعض التفاصيل الأكبر داخل الخلايا.

المجهر الضوئي المركب هو أداة تستخدم الضوء المرئي والعدسات المكبرة لفحص الأشياء الصغيرة غير المرئية بالعين المجردة ، أو بتفاصيل أدق مما تسمح به العين المجردة.

قطعة العين وعدسة العين: تُستخدم العدسة العينية لعرض العينة على الشريحة. تحتوي العدسة العينية على العدسة المكبرة الثانية في المجهر ، وهي العدسة العينية. تتمتع هذه العدسة عادة بقوة تكبير 10x.

المرحلة: يتم وضع الشرائح على خشبة المسرح لعرضها. تثبت مقاطع الشرائح الشرائح في مكانها على المسرح. يؤدي تشغيل أقراص محددة على المجهر إلى تحريك المرحلة ويسمح لك بفحص العينة بأكملها.

العدسات الموضوعية: تحتوي معظم المجاهر الضوئية المركبة على ثلاث أو أحيانًا أربع عدسات موضوعية مختلفة. تعد قوى التكبير الأكثر شيوعًا هي 4X و 10X و 40X. عندما تقترن بعدسة عين 10x في العدسة ، تحصل على تكبيرات إجمالية تبلغ 40X (4X مرات 10 X) ، و 100 X ، و 400 X. أقصر عدسة لديها أقل قوة تكبير ، وأطولها هي العدسة ذات القوة الأكبر.

توقف الحامل: هذه ميزة أمان مضمنة في العديد من المجاهر الضوئية المركبة للتأكد من أن عدسات الأهداف لا يمكن أن تتلامس مع الشريحة الزجاجية. هذا يمنع كسر أو خدش العدسة أو الانزلاق عن طريق الخطأ أثناء محاولتك تركيز وجهة نظرك للعينة.

عدسة الضوء والمكثف: يستخدم مجهر الضوء المركب مصدر ضوء أسفل المسرح لإضاءة الشريحة. ينتقل الضوء عبر العينة الرقيقة والشريحة الزجاجية ، ويتم تكبير الصورة الناتجة بواسطة العدسات. تركز العدسة المكثفة الضوء على العينة لتعزيز قدرتك على رؤية الصورة المكبرة بوضوح.

قرص الحجاب الحاجز: يسمى القرص الدوار الموجود أسفل المرحلة بالحجاب الحاجز. يحتوي هذا الحجاب الحاجز على ثقوب مختلفة الحجم ويستخدم لتغيير شدة وحجم مخروط الضوء المسقط لأعلى من خلال الشريحة الزجاجية. يضبط الاتصال الهاتفي شدة الضوء حسب الحاجة ، اعتمادًا على درجة التباين المفضلة لديك لعرض عينة معينة. ذراع الدعم: يدعم ذراع المجهر العدسة العينية وعدسة العين ويربطهما بالقاعدة والمرحلة.

الانزلاق والغطاء: من الضروري وضع العينة على شريحة عند المشاهدة تحت مجهر ضوئي مركب. يحافظ هذا الزجاج المستطيل الشفاف على العينة في مكانها بينما لا يزال يسمح للضوء بالمرور خلالها. يمكنك استخدام قسيمة تغطية رفيعة وواضحة لتغطية العينة. هذا يحافظ على العينة في مكانها ويحافظ على نظافة العدسات والمجهر ، خاصة إذا كنت تستخدم صبغة لتلطيخ العينة لتعزيز التباين والرؤية.

أقراص التركيز: تُستخدم أقراص التركيز لجعل الصورة المكبرة التي تشاهدها واضحة ومركزة. توجد الموانئ على جانب المجهر ، والميناء الخارجي الأصغر هو التركيز الدقيق والأعمق الأعمق هو التركيز الخشن.

عند المشاهدة من خلال مجهر ضوئي مركب ، ابدأ بالعدسة الشيئية الأقل قوة أولاً. أثناء النظر من الجانب ، اضبط العدسة أولاً لأسفل بالقرب من العينة قدر الإمكان دون لمس العدسة للشريحة أو زلة الغطاء. بعد ذلك ، انظر من خلال العدسة واستخدم الدورة التدريبية ثم أقراص التركيز الدقيق للتركيز ، وحرك العدسة فقط لأعلى بعيدًا عن المسرح ، حتى تصبح الصورة حادة.

بمجرد أن تصبح الصورة حادة باستخدام العدسة منخفضة الطاقة ، يجب أن تكون قادرًا على تدوير قطعة الأنف الدوارة والنقر فوق عدسة الطاقة التالية. لن تحتاج إلى استخدام قرص تركيز الدورة التدريبية مرة أخرى ، فلن تحتاج إلا إلى إجراء تعديلات طفيفة باستخدام مقبض التركيز الدقيق عند التبديل إلى عدسة موضوعية مختلفة.

مجال الرؤية: مجال الرؤية الخاص بك هو المنطقة المرئية عندما تنظر من خلال العدسة. كلما زادت قوة التكبير المستخدمة لعرض العينة ، قل مجال رؤيتك. يمكنك رؤية المزيد من العينة عند مشاهدتها بالعدسة الموضوعية 4X مقارنة بالعدسة 40X ، لكن الأجزاء التي تراها مع عدسة 40X تبدو أكبر. يعد مجال الرؤية المحدود هذا أحد الأسباب التي تجعلك تحدد موقع العينة باستخدام طاقة أقل قبل التبديل إلى قوة تكبير أعلى.

تستخدم هذه المجاهر المغناطيسات الكهربائية بدلاً من العدسات الزجاجية لتكبير صورة العينة لأن الإلكترونات لا يمكنها المرور عبر الزجاج. تعمل المغناطيسات الكهربائية على تكبير الصورة عن طريق ثني الحزم الإلكترونية ثم عرضها على شاشة أو فيلم فوتوغرافي لعرضها. المجاهر الإلكترونية الناقلة والمجاهر الإلكترونية الماسحة نوعان من المجاهر الإلكترونية.

يمكن للمجاهر الإلكترونية عرض الأشياء من 0.1 نانومتر إلى 100 ميكرومتر.

لاحظ أن الصور المكبرة للعينة تم إنتاجها بالأبيض والأسود. يمكن للعلماء استخدام أجهزة الكمبيوتر لإضافة لون اصطناعي لتحسين الرؤية عند الحاجة.

يتمتع المجهر الإلكتروني النافذ (TEM) بأكبر قوة تكبير لجميع المجاهر. إنه يقصف عينة بالإلكترونات ، على غرار الطريقة التي يستخدم بها المجهر المركب الضوء الذي يمر عبر العينة. يجب تقطيع العينة إلى شرائح رفيعة جدًا حتى تمر الإلكترونات من خلالها لإنتاج صورة.

مسدس الإلكترون: يطلق مسدس الإلكترون شعاعًا من الإلكترونات في العينة. تقوم سلسلة من العدسات الكهرومغناطيسية في عمود المجهر بتركيز الإلكترونات في حزمة ضيقة جدًا تنتقل عبر العينة المقطعة إلى شرائح رفيعة. اعتمادًا على كثافة المادة الموجودة ، فإن بعض الإلكترونات مبعثرة وتختفي من الحزمة. تمر الإلكترونات غير المبعثرة عبر العينة ويتم اكتشافها بواسطة شاشة فلورية أسفل مرحلة العينة.

مرحلة العينة: تكون مرحلة العينة داخل المجهر ، خلف باب قابل للغلق. يمكن مشاهدة العينة باستخدام كاميرا الأشعة تحت الحمراء. يمكن ضبط شعاع الإلكترون باستخدام أقراص تعمل على إمالة مرحلة العينة أو تدويرها أو رفعها أو خفضها أو تحريكها.

كاميرا الأشعة تحت الحمراء: تستخدم هذه الكاميرا لعرض الجزء الداخلي من المسرح دون فتح باب مرحلة العينة.

شاشة الفلورسنت: تكتشف الشاشة الفلورية الموجودة أسفل مرحلة العينة الإلكترونات التي تمر عبر العينة. هذا يشكل صورة مفصلة بالأبيض والأسود & quotshadow & quot للعينة ، مع هياكلها المختلفة المعروضة في ظلام متنوع حسب كثافتها.

مثل المجهر الإلكتروني النافذ ، يقوم المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) بقصف عينة بالإلكترونات. في حالة SEM ، تكون العينة مغطاة بطبقة رقيقة من الذهب أو أي معدن آخر بحيث ترتد الإلكترونات عن سطحها. تستقبل مستشعرات SEM الإلكترونات المنعكسة وتنتج صورة مفصلة للغاية لسطح الجسم ثلاثي الأبعاد.

مرحلة العينة: تكون مرحلة العينة داخل المجهر ، خلف باب قابل للغلق. يتم عرض العينة باستخدام كاميرا تعمل بالأشعة تحت الحمراء ، ويمكن ضبط شعاع الإلكترون باستخدام أقراص تعمل على إمالة مرحلة العينة أو تدويرها أو رفعها أو خفضها أو تحريكها.

كاميرا الأشعة تحت الحمراء: تستخدم هذه الكاميرا لعرض الجزء الداخلي من المسرح دون فتح باب مرحلة العينة.

مدفع الإلكترون: يطلق مسدس الإلكترون شعاعًا من الإلكترونات في العينة.يتم تركيز شعاع الإلكترونات بواسطة العدسات الموجودة في عمود المجهر.

كاشف روبنسون: تذكر أن سطح العينة مغطى بالمعدن. عندما يضرب شعاع الإلكترون سطح العينة ، تنعكس الإلكترونات عن الغلاف المعدني وتشتت في اتجاهات مختلفة. يكتشف كاشف روبنسون هذه الإلكترونات المتناثرة ويرسل المعلومات إلى كمبيوتر المجهر لإنشاء صورة بالأبيض والأسود لسطح العينة.

هناك نوعان رئيسيان من الروابط الكيميائية هما الروابط الأيونية والتساهمية.

الرابطة الأيونية هي جذب أيون موجب الشحنة إلى أيون سالب الشحنة. يمكن للذرات أن تكتسب أو تفقد إلكترونات لتصبح أيونات مشحونة. تنجذب الأيونات الموجبة والأيونات السالبة إلى بعضها البعض بسبب الشحنات المعاكسة. بسبب هذا الجذب المعاكس ، فإن الروابط الأيونية قوية جدًا. تشكل الذرات المترابطة أيونيًا مركبًا أيونيًا. ملح الطعام ، المعروف أيضًا باسم كلوريد الصوديوم (NaCl) ، هو مثال على مركب أيوني. التجاذب بين أيون الصوديوم الموجب (Na +) وأيون الكلوريد السالب (Cl-) هو رابطة أيونية.

تتشكل الرابطة التساهمية عندما تتداخل ذرتان مع مستويات طاقتهما الخارجية من أجل مشاركة أزواج من إلكترونات التكافؤ. تنجذب الإلكترونات المشتركة إلى نوى كلتا الذرتين. الذرات المترابطة تساهميًا معًا تشكل مركبًا تساهميًا ، والذي يمكن أن يسمى أيضًا جزيء.

الماء هو مثال لجزيء يتكون من روابط تساهمية. يتكون جزيء الماء من ذرتين من الهيدروجين وذرة أكسجين واحدة ، مما يعطيها الصيغة الكيميائية H2O.

نسخة نصية
تتضمن الروابط التساهمية في الماء تقاسمًا غير متساوٍ للإلكترونات. تجذب نواة ذرة الأكسجين الإلكترونات المشتركة بقوة أكبر من نواة الهيدروجين. يتسبب هذا الاختلاف في الجذب في قضاء الإلكترونات وقتًا بالقرب من ذرة الأكسجين أكثر مما تقضيه بالقرب من ذرات الهيدروجين. نظرًا لأن الإلكترونات عبارة عن جسيمات سالبة الشحنة ، فإن هذا التشارك غير المتكافئ للإلكترونات يعطي جزء الأكسجين من الجزيء شحنة سالبة جزئية وجزء الهيدروجين شحنة موجبة جزئية. جزيء الماء ليس له شحنة إجمالية ولكن له نهاية موجبة ونهاية سلبية.

تنجذب الأطراف المشحونة لجزيء ماء واحد إلى المناطق المشحونة من جزيئات الماء المجاورة لها. يشكل هذا التجاذب بين جزيئات الماء رابطة هيدروجينية.

تتداخل ذرات الهيدروجين مع ذرة الأكسجين مع مستويات طاقة التكافؤ لإظهار الرابطة التساهمية. في هذا النموذج لجزيء الماء ، يتداخل المدار نصف المملوء لكل ذرة هيدروجين مع مدار نصف مملوء بمستوى طاقة تكافؤ الأكسجين.

الماء جزيء قطبي له نهاية موجبة جزئيًا ونهاية سلبية جزئيًا. يجذب الطرف السالب لجزيء الماء الأطراف الإيجابية لجزيئات الماء الأخرى المحيطة به. بسبب هذا الجذب ، تعمل جزيئات الماء مثل المغناطيس الصغير وتتشبث ببعضها البعض. هذا التجاذب بين الجزيئات هو سبب ارتفاع حبات الماء على الأسطح مثل سطح الطاولة أو غطاء محرك السيارة.

كما أن التماسك هو التصاق شيء ما بذاته ، فإن الالتصاق هو تشبث مادة بأخرى. تجذب قطبية الماء العديد من المواد الأخرى. هذا ملحوظ بشكل خاص عند ملء أنبوب ضيق ، مثل أسطوانة مدرجة أو قش ، بالماء. لاحظ أن حواف سطح الماء أعلى من الوسط ، لأن الماء يلتصق بسطح الأنبوب.

التوتر السطحي هو مقياس لمدى صعوبة تمدد أو كسر سطح السائل. يعطي الترابط الهيدروجيني بين جزيئات الماء الماء توترًا سطحيًا أقوى من العديد من السوائل الأخرى. تشكل جزيئات السطح روابط هيدروجينية للجزيئات من حولها وأسفلها ولكن ليس لها عوامل جذب تسحبها من الأعلى. هذه الرابطة الهيدروجينية غير المتساوية تسحب جزيئات السطح لأسفل وتقترب من بعضها البعض. يكاد يكون التوتر السطحي غشاء رقيقًا غير مرئي فوق سطح الماء.

يمكنك ملاحظة التوتر السطحي عن طريق ملء كوب ماء بشكل زائد قليلاً. سوف يقف الماء فوق الحافة. يسمح التوتر السطحي لبعض الحشرات بالسير على الماء دون كسر السطح.

افحص الرسم المتحرك أدناه لترى مثالاً على كيفية انجذاب الأيونات المشحونة في ملح الطعام إلى الأطراف المشحونة جزئيًا لجزيء الماء.

قام بعض العلماء بتشكيل واختبار فرضيات تتعلق بأصل الجزيئات العضوية الأولى على الأرض. في العشرينيات من القرن الماضي ، أ. أوبارين ، العالم الروسي ، وجيه. اقترح هالدين ، وهو عالم إنجليزي ، بشكل مستقل أفكارًا مفادها أن ظروف الأرض المبكرة فضلت التفاعلات الكيميائية التي كانت قادرة على بناء جزيئات عضوية صغيرة من جزيئات غير عضوية في الغلاف الجوي. كان يُعتقد أن الكمية المحدودة من الأكسجين في ذلك الغلاف الجوي المبكر ، فضلاً عن الكميات الكبيرة من الطاقة التي توفرها الأشعة فوق البنفسجية والبرق ، تسمح بحدوث هذه التفاعلات بشكل تلقائي.

لقد جادلوا بأن سبب عدم ملاحظة هذه التفاعلات التي تحدث اليوم هو أن الغلاف الجوي يحتوي الآن على كمية أكبر من غاز الأكسجين. يتدخل الأكسجين في التفاعلات التي من شأنها أن تشكل جزيئات عضوية قائمة على الكربون.

تشير النظريات إلى أن بعض الجزيئات العضوية الأولى التي تشكلت على الأرض ربما كانت عبارة عن أحماض أمينية ونيوكليوتيدات. الأحماض الأمينية هي الجزيئات العضوية الصغيرة التي ترتبط ببعضها البعض لتشكيل البروتينات. ترتبط النيوكليوتيدات ، وهي نوع آخر من الجزيئات العضوية الصغيرة ، معًا لتكوين جزيئات الحمض النووي الريبي والحمض النووي. لم يعد من الممكن أن يحدث التكوين التلقائي لهذه الجزيئات العضوية الصغيرة من الجزيئات غير العضوية في الغلاف الجوي الغني بالأكسجين اليوم. حاول العديد من العلماء إعادة تكوين الغلاف الجوي المبكر للأرض لتحديد ما إذا كانت هذه الجزيئات العضوية قد تكونت من جزيئات غير عضوية موجودة في بداية الأرض.

تشير الأدلة الفلكية والجيولوجية إلى أن البراكين النشطة غطت الأرض في وقت مبكر. بالإضافة إلى ذلك ، مع عدم وجود غلاف جوي وقائي ، ربما كانت الأرض شديدة الحرارة وقُصفت باستمرار بالمذنبات والكويكبات. منذ حوالي 4.2 مليار سنة ، بردت الأرض بدرجة كافية حتى يتصلب السطح وتكثف بخار الماء ويسقط كمطر. هذا سمح للمحيطات الدائمة بالتشكل.

كان هذا الكوكب القديم مختلفًا جدًا عن الأرض اليوم. تشير النظريات إلى أن غلافه الجوي كان مشابهًا للغازات المنبعثة من البراكين. هذا يعني أنه لم يكن هناك سوى القليل من الأكسجين ، وأن الغلاف الجوي كان يتكون أساسًا من ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء والنيتروجين. قد تكون هناك أيضًا كميات صغيرة من أول أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين وسيانيد الهيدروجين.

بدأ الانتقال من الجزيئات غير العضوية إلى الجزيئات العضوية في بداية كوكب الأرض ، قبل أربعة مليارات سنة. هناك العديد من النظريات للنظر فيها.

النظرية الأولى هي أن الجزيئات العضوية كانت نتيجة لإدخال جزيئات غير عضوية في الظروف الفريدة على الأرض. كانت الجزيئات غير العضوية عبارة عن نيوكليوتيدات وأحماض أمينية. كانت الظروف عبارة عن انخفاض الأكسجين وارتفاع الأشعة فوق البنفسجية والحرارة العالية وكميات كبيرة من الطاقة.

نظرية أخرى هي أن الجزيئات العضوية تم إدخالها إلى الأرض عن طريق النيازك.

في كلتا الحالتين ، بدأت الجزيئات العضوية في تغيير الأرض.

شكلت المركبات العضوية الصغيرة مركبات عضوية أكبر ، والتي هي أساس فرضية RNA World.

أجرت العديد من المعامل تجارب مماثلة باستخدام مزيج مختلف من الغازات ، مثل الغازات المنبعثة من البراكين النشطة (CO و CO2 و N2) وربما حتى مستويات منخفضة من غاز الأكسجين. أنتجت هذه التجارب بعض المركبات العضوية ولكن بكميات أقل من التجربة الأصلية التي أجراها ميلر وأوري. واحدة من أهم الخصائص التي تشترك فيها كل هذه التجارب هي الكمية المحدودة من الأكسجين الموجود.

تظهر نتائج التجارب ، مثل تلك التي أجراها ميلر وأوري ، أن الأحماض الأمينية والجزيئات العضوية الصغيرة الأخرى يمكن أن تكون قد تشكلت تلقائيًا في الغلاف الجوي المبكر للأرض. كانت هذه التفاعلات تتطلب كميات كبيرة من الطاقة. اقترح Oparin و Haldane أن البرق والإشعاع الشديد الذي اخترق الغلاف الجوي الرقيق البدائي يوفر الطاقة اللازمة لهذه التفاعلات. يقترح علماء آخرون أن فتحات أعماق البحار ربما وفرت الطاقة والجزيئات الكيميائية اللازمة لتشكيل المركبات العضوية الأولى.

في الخلايا الحية ، يتطلب تكوين الجزيئات العضوية الكبيرة من الجزيئات العضوية الأصغر ، مثل تكوين البروتينات من الأحماض الأمينية أو تكوين الحمض النووي الريبي من النيوكليوتيدات ، مساعدة من الإنزيمات المتخصصة. إذن ، كيف تشكلت هذه الجزيئات العضوية الكبيرة دون وجود هذه الإنزيمات؟

لاحظ العلماء أن الروابط الكيميائية تتكون أحيانًا بين المركبات العضوية الصغيرة على الأسطح الساخنة. يتكهن العلماء بأن مياه المحيط التي تحتوي على جزيئات عضوية صغيرة ، مثل تلك التي تشكلت في تجربة Miller-Urey ، قد تناثرت على الرمال الساخنة أو الطين أو الصخور. عندما يتبخر الماء على السطح الساخن ، يمكن أن تترابط المركبات العضوية الصغيرة معًا. على الرغم من عدم تمكنهم من بناء جزيئات بروتينية كبيرة بهذه الطريقة ، فقد تمكن العلماء من تكوين سلاسل أصغر من الأحماض الأمينية باستخدام هذه الطريقة.

تحتوي جميع الكائنات الحية على معلومات وراثية مخزنة في جزيئات DNA و RNA ، والتي توجه وظائف الخلايا. تشترك جميع الكائنات الحية في الترميز العام وهيكل هذه الجزيئات. الأسئلة حول أصل هذه الجزيئات أساسية لفهمنا لأصل الحياة على الأرض.

أظهرت تجارب مثل تلك التي أجراها ميلر وأوري أن الجزيئات العضوية يمكن أن تكون قد تشكلت تلقائيًا في الغلاف الجوي المبكر للأرض ، ويمكن للجزيئات الأصغر أن تترابط معًا لبناء جزيئات عضوية كبيرة. يفترض بعض العلماء أن بعض الجزيئات العضوية الكبيرة الأولى التي تشكلت وتتكاثر ذاتيًا كانت جزيئات RNA ، مع تشكل جزيئات الحمض النووي بعد ذلك بكثير. وهذا ما يسمى بفرضية عالم الحمض النووي الريبي.

أحد التفاعلات المهمة التي يساعد RNA على تحفيزها هو بناء جزيئات RNA جديدة. قبل إجراء هذا الاكتشاف ، كان الرأي السائد منذ فترة طويلة هو أن البروتينات فقط هي التي يمكن أن تعمل كمحفزات بيولوجية. إذا كان الحمض النووي الريبي قادرًا على التحفيز الذاتي ، فهذا يعني أن جزيئات الحمض النووي الريبي المبكرة قد تكون قادرة على التكاثر الذاتي دون مساعدة الجزيئات الأخرى. إذا كانت جزيئات الحمض النووي الريبي المبكرة قادرة على نسخ نفسها لبناء جزيئات جديدة من الحمض النووي الريبي ، فإن هذا يساعد في تفسير سبب مشاركة جميع الكائنات الحية في نفس الشفرة الجينية.

عندما تضاف جزيئات الحمض النووي الريبي إلى محلول أنبوب اختبار من النيوكليوتيدات التي تشكل الحمض النووي الريبي ، تتشكل سلاسل صغيرة من النيوكليوتيدات. هذه الجزيئات العضوية القصيرة ليست جزيئات RNA حقيقية ، ولكن هذا الدليل يعطي بعض الدعم لفرضية العالم RNA. ومع ذلك ، يتحدى بعض العلماء هذه الفرضية لأنه لم يتمكّن أحد من الحصول على جزيئات RNA كاملة للتكاثر الذاتي. تتضمن الفرضيات البديلة أفكارًا عن جزيئات عضوية أبسط ذاتية التكاثر تسبق جزيئات الحمض النووي الريبي الحديثة والحمض النووي الريبي.

الرسم البياني الذي يعرض الحمض النووي الريبي التكاثر الذاتي ، يعمل كقالب يتشكل عليه عديد الببتيد. دورة النسخ المتماثل. يعمل البولي ببتيد كإنزيم بدائي يساعد على تكرار الحمض النووي الريبي.

تحتوي السكريات الأحادية الجلوكوز والفركتوز والجالاكتوز جميعها على نفس الصيغة الكيميائية الدقيقة (C6H12O6). يتمثل الاختلاف في هذه الجزيئات في كيفية ترابط ست ذرات كربون و 12 ذرة هيدروجين وست ذرات أكسجين معًا. يتشارك كل من الجلوكوز والجلاكتوز في شكل سداسي يتكون من خمس ذرات كربون وأكسجين واحد ، لكنهما يختلفان في كيفية ارتباط الذرات الأخرى بتلك الحلقة السداسية. يحتوي الفركتوز على حلقة خماسية من أربعة ذرات ذرة أكسجين ، مع ذرات أخرى مرتبطة بالحلقة. من المهم أن نتذكر أن هذه السكريات الأحادية الثلاثة لها نفس الصيغة الكيميائية ، لكن الذرات مرتبة بطرق مختلفة ، مما يعطي الجزيئات خصائص كيميائية مختلفة.

هذه السكريات المتعددة عبارة عن بوليمرات مكونة من نفس المونومر: الجلوكوز.

النشا هو عديد السكاريد الذي تشكله النباتات كطريقة لتخزين كميات كبيرة من الجلوكوز المنتجة أثناء عملية التمثيل الضوئي. الحيوانات قادرة على تكسير النشا إلى جزيئات جلوكوز فردية ، مما يجعل النشا مصدرًا مهمًا للغذاء.

السليلوز ، وهو عديد السكاريد المكون من الجلوكوز ، مادة قوية جدًا تعمل كمكوِّن هيكلي أساسي للنباتات. معظم الحيوانات غير قادرة على تكسير السليلوز إلى جلوكوز. ومع ذلك ، فإن السليلوز في الطعام الذي نتناوله مهم لأنه يعمل كألياف غذائية تنظم عملية الهضم.

الجليكوجين هو عديد السكاريد الذي تستخدمه الحيوانات والفطريات لتخزين جزيئات الجلوكوز الزائدة من طعامهم. إنه بمثابة احتياطي للطاقة يمكن تقسيمه إلى جزيئات الجلوكوز الفردية عند الحاجة إليها. ترتبط قدرتك على التحمل الرياضي بكمية الجليكوجين التي قمت بتخزينها بعيدًا ، ولكن حتى كمية كبيرة من الجليكوجين في الإنسان العادي يمكن استخدامها في يوم واحد إذا لم يتم تجديدها بالكربوهيدرات من الطعام.

يقدم الجدول التالي بعض الأمثلة على الوظائف المختلفة للبروتينات:

الإنزيمات عبارة عن بروتينات خاصة تزيد من معدل التفاعل عن طريق تقليل كمية الطاقة اللازمة لبدء التفاعل. الإنزيمات عبارة عن محفزات بيولوجية ، وهي جزيئات تزيد من سرعة التفاعل دون استخدامها في التفاعل. على سبيل المثال ، مفتاح الربط هو أداة تعمل على فك أو شد البراغي. تمامًا كما يحدد شكل مفتاح الربط أنواع البراغي التي يمكنه شدها ، فإن شكل الإنزيم يحدد التفاعل الذي يمكن أن يسرعه داخل الخلية. أيضًا ، لا يتم تغيير مفتاح الربط أو إتلافه بعد استخدامه ، تمامًا كما يظل الإنزيم سليمًا بعد استخدامه في التفاعل.

الإنزيمات حساسة لدرجة الحرارة ودرجة الحموضة مثل البروتينات الأخرى ، لذلك يمكنها فقط تسريع التفاعلات عندما تكون الظروف مناسبة. إذا تم تغيير درجة الحرارة أو الرقم الهيدروجيني بطريقة أو بأخرى ، يتم تغيير طبيعة الإنزيم ولم يعد قادرًا على تسريع التفاعلات. الشيء الآخر الذي يمكن أن يتعارض مع قدرة الإنزيم على تسريع التفاعل هو مثبط الإنزيم. مثبطات الإنزيم هي مواد ترتبط بالإنزيم وتغير شكله أو تمنع قدرته على التفاعل مع التفاعل الكيميائي.

في بعض الأحيان ، ترتبط المواد الموجودة في التفاعل الكيميائي بموقع نشط على الإنزيم ، مما يساعد على حدوث التفاعل بشكل أسرع. قد يكون للمثبط شكل مماثل للمواد الموجودة في التفاعل ، مما يسمح له بالارتباط بالموقع النشط والتدخل في وظيفة الإنزيم.

يقارن هذا الرسم البياني الطاقة المتضمنة في تفاعل بدون إنزيم والطاقة المتضمنة في تفاعل مع إنزيم. يمثل المحور x الأفقي تقدم التفاعل بمرور الوقت ، ويمثل المحور y الرأسي طاقة التفاعل. الرسم البياني لتغير الطاقة في التفاعل يشبه تل ، بمنحنى يصل إلى أعلى نقطة بالقرب من منتصف الرسم البياني ثم يتناقص مرة أخرى.

حوالي عام 1655 ، استخدم العالم الإنجليزي روبرت هوك أفكار فان ليوينهوك وصنع أول مجهر مركب ، والذي استخدم أكثر من عدسة واحدة لتكبير الجسم. قام بفحص شرائح رقيقة من الفلين ، وهي مادة نباتية ميتة. باستخدام المجهر ، تمكن من رؤية أن الفلين يتكون من آلاف الغرف الفارغة. أطلق هوك على هذه الغرف اسم خلايا الغرف بعد صفوف الغرف الصغيرة في الدير.

ما زلنا نستخدم الاسم & الاقتباسات & quot اليوم ، لكننا نعلم الآن أن الخلايا الحية بعيدة كل البعد عن الغرف الفارغة. إنها تحتوي في الواقع على العديد من أجزاء العمل المختلفة ، لكل منها هيكل ووظيفة محددة.
واصل علماء آخرون إجراء ملاحظات أوضحت للمجتمع العلمي أن الخلايا هي الوحدات الأساسية للحياة.

مع انتشار استخدام المجاهر على نطاق واسع ، نمت اكتشافات الخلايا ومراقبتها. كان عالم النبات الإنجليزي روبرت براون أول عالم ينشر النتائج التي توصل إليها حول نواة الخلية ، والتي وجدها في الخلايا النباتية.
اعترف العديد من العلماء في ذلك الوقت بأن الخلايا هي لبنات بناء للأنسجة الحية. ولكن لم يتم نشر نظرية الخلية حتى عام 1838 وقبلها المجتمع العلمي على نطاق واسع.

نشر عالم النبات الألماني ماتياس جاكوب شلايدن استنتاجًا يفيد بأن جميع أنسجة النبات تتكون من خلايا وأن النبات الجنيني نشأ من خلية واحدة. أعلن أن الخلية هي لبنة البناء الأساسية لجميع المواد النباتية. كان هذا البيان هو أول تعميم يتعلق بالخلايا ، أو نظرية الخلية الأولى. على الرغم من أن الاكتشافات اللاحقة أثبتت عدم صحة نظرياته حول الانقسام الخلوي ، إلا أن وصفه للخلية كوحدة هيكلية مشتركة للنباتات ساعد في تحويل الانتباه العلمي إلى دراسة العمليات على المستوى الخلوي.

بعد عام من نشر شلايدن نظرية الخلية الخاصة به عن النباتات ، قام صديقه تيودور شوان بتوسيعها لتشمل الحيوانات. أدى هذا إلى إنهاء التكهنات بأن الحيوانات والنباتات مختلفة اختلافًا جوهريًا وتوحيد مجالات علم النبات وعلم الحيوان معًا في إطار نظرية خلية واحدة مشتركة. لقد جمع الملاحظات الموجودة معًا في نظرية تستند إلى العبارتين التاليتين:
الخلايا كائنات حية ، وجميع الكائنات الحية تتكون من خلية واحدة أو أكثر.
الخلية هي الوحدة الأساسية للتركيب لجميع الكائنات الحية.
على الرغم من أن بعض تفاصيل نظرية الخلية قد تغيرت مع إجراء اكتشافات وملاحظات جديدة ، إلا أن هذه المبادئ الرئيسية تعتبر صحيحة اليوم.

1840: ألبريشت فون روليكر

اكتشف Albrecht von Roelliker أن الحيوانات المنوية والبويضات هي أيضًا خلايا.

استطاع الفيزيولوجي والطبيب وعالم الأمراض وعالم الأنثروبولوجيا الألماني رودولف فيرشو البناء على العديد من الملاحظات والاكتشافات التي تم إجراؤها وإضافة مبدأ ثالث إلى نظرية الخلية: Omnis cellula e cellula (تتطور جميع الخلايا من الخلايا الموجودة فقط). تتعارض هذه الفكرة مع ما كان مقبولًا حاليًا في ذلك الوقت ، لأنها تعني ضمناً أنه لم يكن هناك جيل تلقائي.

المصدر المباشر للطاقة التي تحرك وظائف الخلية هو جزيء يسمى أدينوزين ثلاثي الفوسفات ، أو ATP. يتكون ATP من الأدينين ، وهو سكر خماسي الكربون يسمى الريبوز ، وسلسلة من ثلاث مجموعات فوسفاتية.

الرابطة بين مجموعتي الفوسفات الثانية والثالثة تتفكك بسهولة. عندما ينفصل أحد الفوسفات عن ATP ، يسمى الجزيء المتبقي أدينوزين ثنائي فوسفات ، أو ADP.

هناك حاجة إلى جزيئات الماء وكمية صغيرة من الطاقة لإزالة الفوسفات من ATP ، لكن كمية الطاقة المنبعثة في العملية أكبر بكثير من الكمية اللازمة لكسر الرابطة. يتم استخدام هذه الطاقة التي يتم إطلاقها بواسطة الخلية لتشغيل عمليات مثل الحركة أو النقل النشط أو تخليق البروتين.

يمكن للخلية تخزين أو إطلاق الطاقة عن طريق إضافة أو إزالة مجموعة الفوسفات. القدرة على تشكيل أو كسر هذه الرابطة تجعل ATP موردًا متجددًا داخل الخلية.

يحتوي طعامنا على جزيئات كبيرة ، مثل الدهون والكربوهيدرات والبروتينات. أثناء الهضم ، يتم تقسيم هذه الجزيئات الكبيرة إلى جزيئات أصغر. عندما تنكسر الروابط الكيميائية ، يتم إطلاق الطاقة. يمكن للخلايا استخدام هذه الطاقة المنبعثة لتجديد جزيئات ATP. في المقابل ، يمكن استخدام الطاقة المخزنة في ATP لتشغيل معظم وظائف الخلية.

لسوء الحظ ، فإن ATP هو الأنسب لتخزين الطاقة على المدى القصير لأنه غير مستقر للغاية للتخزين طويل الأجل.عندما تحتاج الخلايا إلى تخزين الطاقة الكيميائية في شكل أكثر استقرارًا ، فإنها تستخدم الطاقة من ATP لبناء جزيئات أكثر استقرارًا.

إذا كان لدى النباتات طاقة زائدة تحتاج إلى تخزينها لاستخدامها لاحقًا ، فسوف تستخدم طاقة جزيئات ATP لبناء جزيئات السكر والنشا. هذه الجزيئات الكبيرة من السكر والنشا مستقرة جدًا ويمكن تخزينها لفترة طويلة.

ATP والسكريات / النشويات
يمكن للخلايا الحيوانية تخزين الطاقة الزائدة في جزيئات الدهون ، وهي جزيء ضخم مستقر للتخزين طويل الأمد.

ATP والدهون
يمكن تكسير جزيئات النشا والدهون في طعامنا لإطلاق الطاقة. تستخدم الخلايا تلك الطاقة المنبعثة لبناء جزيئات ATP ، والتي يمكن استخدامها بعد ذلك لتشغيل مجموعة متنوعة من الوظائف داخل الخلية.

الغذاء / النشويات / الدهون ، ATP ، وظيفة القبو

يمكن مقارنة ATP ببطارية قابلة لإعادة الشحن. يمكن إطلاق الطاقة عن طريق فصل مجموعة فوسفات ، وتحويل ATP إلى ADP. تُستخدم هذه الطاقة الصادرة لتشغيل حركات الخلية ووظائفها بالطريقة التي يمكن بها استخدام البطارية لتشغيل الهاتف الخلوي أو جهاز التحكم عن بعد.

ADP مثل البطارية غير المشحونة. على مدى فترة طويلة من الزمن ، يكون من الأسهل على الخلية تخزين ADP غير المشحون من ATP المشحون. عندما تحتاج الخلية إلى مزيد من جزيئات ATP ، يمكن إعادة شحنها عن طريق إضافة مجموعات الفوسفات إلى جزيئات ADP المتاحة.

يتطلب تكوين ATP طاقة من مصدر خارجي تمامًا مثل إعادة شحن البطارية. يمكن أن تأتي هذه الطاقة من تحطيم الطعام الذي تتناوله الخلية ، أو من ضوء الشمس في حالة الخلايا النباتية.

C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + الطاقة (ATP والحرارة)

تتفكك ذرات الكربون في جزيء الجلوكوز في عملية تحلل السكر ودورة كريبس ، مما يؤدي إلى إطلاق غاز ثاني أكسيد الكربون. يتم تكوين عدد قليل من جزيئات ATP خلال هاتين المرحلتين ، ولكن يتم تخزين غالبية الطاقة في جزيئات NADH و FADH2. يتم استخدام الطاقة المخزنة التي تحملها هذه الجزيئات الحاملة للإلكترون بواسطة سلسلة نقل الإلكترون ، حيث يتم إنتاج غالبية جزيئات ATP.

ينتج التخمر جزيئات ATP أقل بكثير من التنفس الخلوي. لكل جزيء جلوكوز ، ينتج التخمير جزيئين فقط من ATP ، مقارنة بأكثر من 30 جزيء ATP التي تنتجها المراحل الأخيرة من التنفس الخلوي. ومع ذلك ، عندما لا يتوفر الأكسجين ، فإن التخمير هو العملية الوحيدة المتاحة لإطلاق الطاقة من الطعام.

هناك نوعان من التخمير: التخمير الكحولي والتخمير بحمض اللاكتيك. كلاهما يجدد إمدادات NAD + اللازمة لتحلل السكر ، لكن كل منهما يصنع منتجات مختلفة.

كلا النوعين من التخمير يجددان إمداد NAD + بحيث يمكن استخدامه مرة أخرى في تحلل السكر.

الخميرة والكائنات الدقيقة الأخرى تخضع للتخمير اللاهوائي الكحولي. تنتج هذه العملية الكحول الإيثيلي وثاني أكسيد الكربون. يستخدم هذا في صنع العجينة وصنع المشروبات الكحولية.

هناك أنواع مختلفة من التكاثر اللاجنسي. الامثله تشمل:

بالإضافة إلى تحديد جنس النسل ، تحتوي الكروموسومات الجنسية أيضًا على جينات للعديد من السمات المختلفة. تسمى الجينات التي يحملها أي من الكروموسومات الجنسية بالصفات المرتبطة بالجنس.

يرث الرجال كروموسومات الجنس X و Y ، بينما ترث النساء اثنين من الكروموسومات X. لأن الرجال فقط هم من يرثون الكروموسومات Y ، فهم الوحيدين الذين يرثون الصفات المرتبطة بـ Y. يمكن أن يرث كل من الرجال والنساء الصفات المرتبطة بـ X لأن كلاهما يرث الكروموسومات X.

يقوم الآباء بتمرير كروموسوم X لبناتهم بينما يمرر كروموسوم Y لأبنائهم. تمرر الأمهات كروموسوم X لكل من أبنائهن وبناتهن.

ترتبط معظم السمات المرتبطة بالجنس البشري بـ X. إذا كانت السمة المرتبطة بالجنس متنحية ، يجب أن تكون الأنثى متماثلة اللواقح حتى تظهر تلك الصفة. نظرًا لأن الذكور لديهم كروموسوم X واحد فقط ، فإن أي ذكر يتلقى الصفة المتنحية المرتبطة بـ X من والدته سيظهر هذه الصفة.
تتضمن أمثلة السمات المرتبطة بـ X في البشر:

في بعض الحالات ، يتم التعبير عن سمات كلا الأليلين في النمط الظاهري للنسل. وهذا ما يسمى بالدرجة المشتركة. على سبيل المثال ، أليلات الريش الأسود والريش الأبيض سائدة في بعض أنواع الدجاج. هذا يعني أن الدجاج المتغاير الزيجوت مرقط بالريش الأسود والأبيض. في السيادة المشتركة ، لا تمتزج الصفات معًا في الكائنات المتغايرة الزيجوت كما تفعل في الهيمنة غير الكاملة. عند التزاوج معًا ، يمكن أن ينتج دجاجان متغاير الزيجوت مرقط نسلًا أسود وأبيض ومرقط.

مع أربعة قواعد مختلفة في RNA ، هناك 64 كودونًا محتملاً (4 × 4 × 4 = 64) في الشفرة الجينية. لا يوجد سوى 20 من الأحماض الأمينية المستخدمة في جزيئات البروتين ، ولكن يمكن تحديد بعض الأحماض الأمينية بأكثر من كودون واحد. هناك أيضًا أكواد تشير إلى مكان بدء وإيقاف تجميع جزيء البروتين. على سبيل المثال ، يعمل كودون الميثيونين AUG ككودون بدء لتخليق البروتين. بعد رمز البدء ، تتم قراءة التسلسل الأساسي ثلاث قواعد في وقت واحد حتى الوصول إلى رمز التوقف. عند هذه النقطة ، يتوقف تخليق البروتين بسبب اكتمال جزيء البروتين الجديد.

إطفاء السجائر في منفضة سجائر
© 2011 Comstock / Thinkstock
يعمل العديد من العلماء والمهنيين الطبيين حول العالم بجد لدراسة ومكافحة العديد من أشكال السرطان المختلفة. نحن نعلم الآن أن السرطانات يمكن أن تحدث بسبب طفرات في الجينات التي تنظم النمو والانقسام في الخلية. يمكن أن تكون العدوى الفيروسية والتعرض للتدخين ومضغ التبغ والإشعاع والجينات المعيبة الأخرى مصدرًا لهذه الطفرات. العديد من الخلايا السرطانية بها خلل في جين يسمى p53 ، وهو المسؤول عن تأخير دورة الخلية حتى يتم تكرار جميع الكروموسومات. تؤدي الطفرات أو الأضرار التي تلحق بهذا الجين إلى جعل الخلايا غير قادرة على الاستجابة للإشارات التي تتحكم عادة في نموها وانقسامها.

إذا ورث النسل نسخة من الحمض النووي الطافر ، فقد لا تظهر آثار الطفرة في النمط الظاهري للنسل إذا كان موجودًا على أليل متنحي. إذا كانت السمة متنحية تمامًا ، فيجب أن تكون موروثة من كلا الوالدين حتى يتم عرضها بواسطة النسل. على سبيل المثال ، يمكن أن تؤدي الطفرات في جين بشري واحد إلى التليف الكيسي. هذا المرض متنحي تمامًا ، لذلك يجب أن يرث النسل الجين المتحور من كلا الوالدين ليُظهر المرض.

إذا كانت جميع خلايا الجسم في كائن متعدد الخلايا تحتوي على نفس الحمض النووي ، فكيف تتمايز الخلايا لتؤدي وظائف محددة داخل الجسم؟ الخلايا قادرة على التحكم في الجينات التي يتم التعبير عنها استجابة للظروف الداخلية والخارجية. تتفاعل بروتينات معينة لبناء الحمض النووي مع البيئة والبروتينات الأخرى لتحديد الجينات التي يجب نسخها في النسخ والتعبير عنها في الترجمة.

تحتوي جميع خلايا الجسم على مجموعة كاملة من الكروموسومات ، إلا أن الخلايا المتخصصة في أجزاء مختلفة من الجسم تختلف من حيث التركيب والوظيفة. هذا لأنه يتم التعبير عن جينات معينة فقط في خلية معينة ، بناءً على احتياجات تلك الخلية. على سبيل المثال ، الجينات التي ترمز لأنزيمات الكبد المحددة موجودة في نواة كل خلية في الجسم. ومع ذلك ، يتم التعبير عن هذه الجينات فقط في خلايا الكبد حيث تكون هناك حاجة إليها.

عرض شرائح الكائنات المعدلة وراثيا
يستخدم أحد التعديلات المهمة في الزراعة جينات من البكتيريا التي تنتج بروتينًا يعرف باسم توكسين Bt. هذا البروتين غير ضار للإنسان ومعظم الحيوانات ولكنه سام عندما تستهلكه معظم الحشرات. نتيجة لذلك ، لا يجب رش النباتات ذات الحمض النووي المؤتلف والتي تحتوي على هذا الجين ، مثل الذرة والمحاصيل الأخرى ، بمبيدات الآفات.

يمكن أن تساعد الجينات الأخرى التي يتم إدخالها في المحاصيل في مقاومة بعض أنواع العدوى الفيروسية أو مبيدات الأعشاب. يعمل مهندسو الوراثة أيضًا على مصانع أخرى معدلة وراثيًا ، مثل المصانع التي تنتج المواد البلاستيكية التي يمكن استخدامها في التصنيع.

الأرز الذهبي هو نبات معدّل وراثيًا يحتوي على كميات متزايدة من بيتا كاروتين. يمكن أن يسبب النقص في هذه المغذيات أمراضًا خطيرة للإنسان ، بما في ذلك عمى الرضع. يأمل العلماء أن تساعد مثل هذه التطورات في جعل العناصر الغذائية القيمة متاحة أكثر لمن يحتاجونها.

يتم أيضًا تصميم الحيوانات المعدلة وراثيًا كطريقة لزيادة الإمدادات الغذائية. يأتي حوالي 30 في المائة من الحليب المنتج في الولايات المتحدة من الأبقار المحقونة بالهرمونات. هذه الهرمونات مصنوعة بتقنية إعادة تركيب الحمض النووي وتستخدم لزيادة إنتاج حليب البقر.

يمكن أيضًا إجراء هندسة وراثية للحيوانات لإنتاج لحوم أصغر حجمًا ، أو تحتوي على مستويات أعلى من أحماض أوميغا 3 الصحية ، أو تنمو بشكل أكبر وأسرع.

أضاف العلماء جينات العنكبوت إلى الحمض النووي للماعز. أنتجت الماعز ألياف الحرير في حليبها. يمكن استخدام الألياف لإنتاج نسيج متين وخيوط مضرب تنس وخيوط طبية.

تم العثور على جين في قنديل البحر يرمز لبروتين فلوري يسمى GFP. تمكن الباحثون من ربط هذا بالجينات في الثدييات من أجل إضافة توهج & quottag & quot إلى الجين محل الاهتمام. وقد سمح هذا للعلماء بمراقبة العمليات البيولوجية الأساسية والأمراض من خلال تحديد البروتينات المشفرة بواسطة الجينات الموسومة.

تستخدم الحيوانات المعدلة وراثيًا في بعض الأحيان كمواضيع اختبار للبحث الطبي. يمكن استخدامها لمحاكاة الأمراض البشرية التي تسببها الجينات المعيبة. يسمح هذا للعلماء بتطوير واختبار الأدوية التي قد تكون مفيدة لعلاج الأمراض.

تُستخدم تقنيات الحمض النووي المؤتلف في خلايا البكتيريا لإنتاج بروتينات بشرية يمكنها علاج الأمراض. كانت بعض البروتينات البشرية المهمة للعلاج الطبي نادرة ، مما أدى إلى عدم قدرة بعض الأشخاص على تلقي العلاجات اللازمة. يمكن الآن إنتاج البروتينات بكميات كبيرة في خلايا البكتيريا ، لذا فهي متاحة بسهولة أكبر عند الحاجة. تشمل المنتجات التي تصنعها البكتيريا المعدلة وراثيًا هرمون النمو البشري ، والأنسولين ، وعوامل تخثر الدم ، وبعض جزيئات مكافحة السرطان.

يجب أن يحصل جميع الأشخاص والحيوانات على مياه نظيفة غير ملوثة للشرب من أجل منع انتشار الأمراض الخطيرة. يمكن للمياه الملوثة أيضًا أن تنقل الكائنات الحية الدقيقة إلى الفواكه والخضروات. من المهم أيضًا غسل الفواكه والخضروات بالماء النظيف قبل تناولها لتجنب الإصابة. في السنوات الأخيرة ، تم إرجاع العديد من حالات تفشي الأمراض إلى سلطة الخضر المعبأة وغيرها من المنتجات.

المحيط الحيوي هو مساحة كبيرة جدًا للبحث إذا أراد المرء ، على سبيل المثال ، اكتشاف العوامل التي تهدد حياة الطيور في بستان محلي. هذا هو السبب في أن العلماء فصلوا محيطنا الحيوي إلى أقسام أصغر. يصبح كل مستوى أقل شمولاً من المستوى السابق ، مما يسمح لعلماء البيئة بدراسة التفاعلات في مناطق أصغر.

دعونا نلقي نظرة على الانهيار الحالي لعلماء البيئة للمحيط الحيوي لدينا.

المنطقة الأحيائية هي منطقة جغرافية كبيرة مصنفة حسب مناخها والحياة النباتية والحيوانية بداخلها. المناخ هو متوسط ​​الطقس في منطقة ما على مدى فترة زمنية طويلة. يعتمد المناخ على درجة الحرارة وهطول الأمطار وخط العرض والارتفاع.

يشمل النظام البيئي جميع الكائنات الحية التي تعمل جنبًا إلى جنب مع العوامل المادية لبيئتها. ليس لها حجم معين ، ولكن يمكن أن يكون النظام البيئي صغيرًا مثل شجرة أو كبير مثل الغابة بأكملها. تسمح دراسة النظم البيئية لعلماء البيئة بالنظر في جميع الجوانب الحية وغير الحية لبيئة الكائن الحي أثناء البحث.

الموطن هو مكان في نظام بيئي يعيش فيه الكائن الحي بشكل طبيعي. يوفر الموطن متطلبات الحياة ، ولكن ليست كل الضروريات كائنات حية. تعتبر المكونات غير الحية للموئل ، مثل الماء وضوء الشمس ، مهمة للبقاء أيضًا. يدرس علماء البيئة الموائل لاستكشاف التغيرات المفاجئة في الحيوانات والنباتات. غالبًا ما يكون تدمير الإنسان للموائل سببًا رئيسيًا لانقراض الحيوانات والنباتات.

الآن بعد أن قمت بفحص المستويات البيئية ، دعنا نلقي نظرة على الأشياء الحية وغير الحية في البيئة.

المجتمع هو منطقة تشغلها مجموعات مختلفة من الكائنات الحية المتفاعلة. في المجتمع ، يتجاهل علماء البيئة العوامل الفيزيائية (الأشياء غير الحية) لتسليط الضوء على العلاقات بين الكائنات الحية. على سبيل المثال ، تصطاد البوم الفئران في مجتمع الغابة. العلاقة بين هذين النوعين مهمة لبقية الحيوانات والنباتات التي تعيش في المنطقة المجاورة. إذا انخفض عدد البوم ، فقد يرتفع عدد الفئران ، مما يؤدي إلى انخفاض الإمدادات الغذائية للحيوانات الأخرى التي تعيش في نفس المنطقة.

السكان هو وحدة من الأنواع التي تعيش في نفس المنطقة الجغرافية. النوع عبارة عن مجموعة من الكائنات الحية المتشابهة التي يمكن أن تتكاثر بنجاح مع بعضها البعض. يدرس علماء البيئة السكان لمعرفة تأثيرات نوع واحد على نظام بيئي. على سبيل المثال ، تسبب النمو السريع لسكاننا في العديد من التحديات البيئية للكائنات الحية من حولنا.

العوامل اللاأحيائية هي أشياء غير حية في البيئة. وهي عوامل فيزيائية مثل درجة الحرارة وضوء الشمس والتربة والصخور والهواء. على العكس من ذلك ، فإن العوامل الحيوية هي كائنات حية داخل بيئة. وهي تشمل كائنات من نفس النوع أو من أنواع مختلفة. العوامل الحيوية ، مثل النباتات ، مهمة للغلاف الجوي الغني بالأكسجين لكوكبنا.

العوامل الحيوية واللاأحيائية مهمة للحياة على الأرض. كل عامل يحافظ على الآخر ولا يمكن أن يستمر في عزلة. يوفر ضوء الشمس ، وهو عامل غير حيوي ، الطاقة للنباتات. بدورها ، تقوم النباتات بعملية التمثيل الضوئي وإطلاق الأكسجين في الغلاف الجوي. هذه العوامل الحية وغير الحية مترابطة ، كل منها غير قادر على الاستمرار دون الآخر. بدون العوامل الحيوية واللاأحيائية ، لا يمكن أن توجد الحياة كما نعرفها.

onsumers ، أو غيرية التغذية ، غير قادرة على تخليق الكربوهيدرات من ضوء الشمس أو المركبات الكيميائية. بدلاً من ذلك ، يجب أن يعتمدوا على المنتجين والمستهلكين الآخرين للحصول على الغذاء. تتناسب العديد من البكتيريا والفطريات والحيوانات وبعض النباتات الخاصة مع المستوى الغذائي للمستهلكين. ومع ذلك ، فإن هذه الكائنات الحية لا تشغل نفس الموقف على مستوى المستهلك. تحدد المصطلحات الأولية والثانوية والثالثية والرباعية كل مستهلك جديد في السلسلة الغذائية.

العشب (المنتج) ← الجندب (المستهلك الأساسي) ← الماوس (المستهلك الثانوي) ← الأفعى (المستهلك من الدرجة الثالثة)

تملأ أربع فئات من الكائنات غيرية التغذية مستوى المستهلك: العواشب ، والحيوانات آكلة اللحوم ، والحيوانات آكلة اللحوم ، والمحللات. سنتناول الثلاثة الأولى الآن ونناقش المحللات بشكل منفصل. للمحللات خصائص فريدة تتطلب اهتمامًا خاصًا.

المُحلِّلات هي مواد إعادة تدوير في الطبيعة. يستهلكون الكائنات الحية الميتة والنفايات العضوية الأخرى ويقسمونها إلى مركبات عضوية قابلة لإعادة الاستخدام للمنتجين. على سبيل المثال ، تستهلك دودة الأرض الأوراق المتعفنة ، وتكسرها ، وتعيد البقايا إلى التربة في شكل يمكن أن تستخدمه النباتات في تلك المنطقة.

خنفساء
© 2011 PhotoObjects.net/Thinkstock
هناك نوعان من المُحلِّلات: المُحَفِّزات و saprotrophs. Detritivores هي أنواع تتغذى على المواد النباتية الميتة التي تتراكم على الأرض أو في قاع الماء. تشمل أنواع Detritivores قمل الخشب والخنافس. Saprotrophs هي الأنواع التي تستهلك المواد العضوية المتبقية التي لا تستطيع أدوات الزبال أو المُحلِّلات الأخرى ، مثل العظام والريش والفراء. تعتبر البكتيريا والفطريات أهم عناصر التغذية في أي نظام بيئي.

تقليديا ، لا تشغل أدوات التحليل مكانة المستهلك في السلسلة الغذائية لأنها مسؤولة عن انهيار المادة الميتة. ومع ذلك ، فهي جزء أساسي من دورة الحياة

على سبيل المثال ، إذا انخفض عدد الصقور ، فإن الحيوانات العاشبة - الفئران ، والسناجب ، والأرانب ، والطيور - سيكون لديها عدد أقل من الحيوانات آكلة اللحوم للاختباء منها. هذا يبدو مثاليا للحيوانات العاشبة ، أليس كذلك؟

خاطئ! مشكلة انخفاض عدد الحيوانات المفترسة هي زيادة الفريسة. مع وجود المزيد من الحيوانات العاشبة التي تبحث عن مصادر الغذاء ، فإن المعروض من المنتجين (النباتات) سوف يتضاءل. لن يتمكن المنتجون من مواكبة الطلب المتزايد على الطعام للحيوانات العاشبة.

يفيض محيطنا الحيوي بالتنوع. من طيور البطريق إلى الأسود إلى الضفدع أحمر العينين ، الحياة وفيرة وغنية بالتشكيلة. هذا التنوع البيولوجي لا مثيل له من قبل أي كوكب معروف. تجعل مناخات الأرض المتميزة هذا التنوع ممكنًا.

ثاني أكسيد الكربون: ثاني أكسيد الكربون هو أيضًا جزء طبيعي من غلافنا الجوي. نحن والحيوانات الأخرى نخرج ثاني أكسيد الكربون ، وتأخذه النباتات في عملية التمثيل الضوئي. لسوء الحظ ، فإن حرق الوقود الأحفوري للصناعة والنقل وتدفئة المساحات والكهرباء يطلق ثاني أكسيد الكربون بكميات كبيرة. يمثل 65 في المائة من ثاني أكسيد الكربون الإضافي في غلافنا الجوي. أما نسبة الـ 35 في المائة المتبقية فتعود إلى إزالة الغابات وتحويل النظم البيئية الطبيعية ، مثل البراري ، إلى أنظمة زراعية. يمكن للغابات والنظم البيئية الطبيعية امتصاص ما يصل إلى 100 مرة من ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي أكثر من الأنظمة الزراعية.

الميثان: يوجد الميثان حاليًا بتركيز أقل من بخار الماء وثاني أكسيد الكربون ، ولكنه أكثر ضررًا من كلاهما معًا في قدرته على امتصاص الإشعاع الشمسي وحبس الحرارة. يؤدي ارتفاع درجات حرارة الأرض إلى ذوبان طبقات التربة الصقيعية المتجمدة في القطب الشمالي ببطء. كانت هذه التربة الصقيعية ذات يوم أراضٍ رطبة قديمة مليئة بطبقات من المواد العضوية المتحللة. الميثان هو منتج ثانوي للتحلل. تنطلق في الهواء مع ذوبان التربة الصقيعية. ينطلق الميثان أيضًا في الهواء من نشاط التعدين. يفتح جيوب غاز الميثان المحبوسة تحت الأرض.

أكسيد النيتروز: أكسيد النيتروز مساهم أصغر في غازات الاحتباس الحراري. مصادره الرئيسية هي إزالة الغابات واحتراق الوقود الأحفوري. بسبب تحويل الأراضي العشبية والغابات إلى أراضٍ زراعية ، يوجد عدد أقل من النباتات التي تمتص النيتروجين ، مما يترك مستويات أعلى في الغلاف الجوي.

الأوزون: تتفاعل المواد الكيميائية الموجودة في عوادم المركبات وأبخرة البنزين والانبعاثات الأخرى وتنتج الأوزون ، وهو غاز مكون من ثلاث ذرات أكسجين (O3). في التركيزات العالية ، يكون سامًا للإنسان والنباتات ، ولكنه ضروري في الغلاف الجوي العلوي حيث يحمي سطح الأرض عن طريق امتصاص الأشعة فوق البنفسجية الضارة. في الوقت الحالي ، تتناقص طبقات الأوزون بسبب غازات دفيئة أخرى ، وهي مركبات الكلوروفلوروكربون (CFCs) ، التي تدخل الغلاف الجوي من بخاخات الهباء الجوي والمبردات وإنتاج الرغاوي.

قامت وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) بجمع بيانات لعقود من الزمن حول هذه المؤشرات البيئية. شاهد الفيديو أدناه للتعرف على مناخنا وبيئتنا وفقدان التنوع البيولوجي في جميع أنحاء العالم.

نسخة نصية
نحن لسنا معزولين عن بيئتنا بل جزء منها. من النظم البيئية البحرية نحصل على الأسماك كغذاء. من المراعي نحصل على محاصيل صحية. من الغابات المطيرة ، نشتق أدوية مثل نكة البرسيم الوردية ، وهي زهرة تستخدم لمحاربة اللوكيميا. فقدان التنوع البيولوجي من أي نظام بيئي هو خسارتنا أيضًا. لهذا السبب ، يجب أن نعرف كيف تؤثر أفعالنا وخياراتنا على البيئة.

يؤدي استخدامنا للطاقة إلى إطلاق غازات دفيئة ضارة في البيئة. في كل مرة نستخدم فيها كهرباء أكثر مما نحتاج إليه ، تحرق المحطة الصناعية المولدة للطاقة الكهربائية المزيد من الفحم أو الغاز ، مما يؤدي إلى إطلاق الملوثات في الهواء.عندما نقود سياراتنا ، ينجرف بخار الماء وثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي من العوادم. هل يمكن أن نسير أو نركب دراجة إلى موقعنا بدلاً من ذلك؟ ماذا عن مشاركة السيارات مع الآخرين في نفس الموقع؟ هذه قرارات يومية يمكننا اتخاذها للمساعدة في إبطاء تغير المناخ.

كان عقدنا الأخير هو الأكثر دفئًا منذ عام 1901. وخلال ذلك العقد نفسه ، كانت هناك ظروف جفاف متزايدة ، وزيادة مطردة في موجات الحرارة ، وهطول الأمطار بغزارة في جميع أنحاء الولايات المتحدة. منذ منتصف التسعينيات ، شهد العالم ستة مواسم من أكثر 10 مواسم للأعاصير نشاطًا. كما زادت الأعاصير التي وصلت إلى الفئة 4 أو أعلى ، مما زاد من احتمالية حدوث دمار هائل لأي نظام بيئي ضربته هذه العواصف.

في القرن الماضي ، ارتفعت درجات حرارة المحيطات بشكل كبير ، مما أدى بدوره إلى زيادة درجات حرارة سطح الأرض ، ورفع مستوى سطح البحر ، وتغيير التيارات المحيطية. مع تعديل التيارات تأتي التغييرات في المناخات الساحلية والحياة البحرية. تلك الأنواع البحرية غير القادرة على التكيف مع المياه الأكثر دفئًا تختفي من أنظمتها البيئية. بالإضافة إلى ذلك ، تؤدي زيادة حموضة المحيطات الناتجة عن مستويات ثاني أكسيد الكربون الذائبة وزيادة الملوثات في مياه المحيطات إلى الإضرار بالموائل البحرية. الشعاب المرجانية معرضة بشكل خاص لهذه الحموضة.

فقدت الأنهار الجليدية في جميع أنحاء العالم أكثر من 2000 ميل مكعب من المياه منذ عام 1960 ، مما ساهم في الارتفاع الملحوظ في مستوى سطح البحر. كما يتناقص الجليد البحري في القطب الشمالي بمعدل ينذر بالخطر. يبدأ ذوبان الجليد في الربيع مبكرًا كل عام وبدرجة أكبر ، مما يؤدي إلى تغيير أنماط الهجرة ودورات التكاثر للحيوانات في المنطقة ، وتقليل الموائل التي تحتاجها حيوانات القطب الشمالي للبقاء على قيد الحياة.

في أمريكا الشمالية ، حولت أنواع الطيور هجرتها شمالًا إلى عدة مئات من الأميال مع تغير درجات الحرارة المرتفعة من مناطق فصل الشتاء. أدت درجات الحرارة المرتفعة في الشتاء أيضًا إلى تحويل الغطاء النباتي شمالًا ، وتتفتح الأزهار في وقت مبكر من الموسم مقارنة بما كانت عليه في أوائل القرن العشرين.

إذن ، كيف يتم تحديد القدرة الاستيعابية؟ كيف يتوصل علماء البيئة إلى رقم دقيق لكل مجموعة؟

بسبب العوامل العديدة التي تؤثر على السكان ، يحدد علماء البيئة القدرة الاستيعابية من خلال تتبع السكان على مدى فترة طويلة من الزمن. إنهم يحققون في أنماط الزيادة والنقصان في عدد السكان لتحديد النقطة التي يتوقف فيها النظام البيئي عن دعم حجم السكان. يحدث نمطان ، السيني وظاهرة الذروة ، في أغلب الأحيان في النظم البيئية.

يزداد حجم السكان بسرعة بينما يتوافر الغذاء والموئل بوفرة ، لكن النمو سيتباطأ عندما يصبح الغذاء أقل توفرًا. يستقر السكان عندما يساوي عدد المواليد عدد الوفيات ويتباطأ النمو السكاني إلى الصفر. يكشف هذا النمط السيني (انظر خط التحديد k على الرسم البياني) عن القدرة الاستيعابية عند نقطة الاستقرار. إنه مجتمع ذروة عندما يصل جميع السكان في نظام بيئي إلى نقطة تغيير ضئيل أو معدوم.

القدرة الاستيعابية scnearios
© 2011 FLVS
في نمط ظواهر الذروة (انظر خط الاختيار r على الرسم البياني) ، توجه الموارد الغذائية النمو السكاني ، لكن الميول الطبيعية التي تدير حجم السكان ، مثل معدلات المواليد والوفيات ، لا تعمل على استقرار السكان. إنها تزدهر عندما تكون الموارد متاحة بسهولة ثم تنهار عندما تنفد الموارد. معدل وفيات السكان يترك القليل جدا للتكاثر.

يمكن أن تكون العوامل المحددة أي جانب غير حيوي لموئل الكائن الحي أو أي عامل حيوي في نظامه البيئي ، مثل الموارد الغذائية أو التفاعلات مع الأنواع الأخرى. الغذاء بسيط بما يكفي لفهمه. إذا لم يكن هناك ما يكفي من الغذاء ، فسوف ينخفض ​​عدد السكان الذين يتغذون عليه. ومع ذلك ، تتطلب العوامل المقيدة الأخرى مزيدًا من التوضيح.

يراقب العلماء العديد من المؤشرات البيئية لتحديد صحة بيئتنا. يتتبعون درجات حرارة الأرض ، ومستويات هطول الأمطار ، وتواتر العواصف الكبيرة ، ودرجات حرارة المحيطات ، ومستويات البحر ، وتيارات المحيطات ، وتكوين المحيطات ، وانحسار الأنهار الجليدية ، ومستويات الجليد القطبي ، وهجرة الحيوانات ، ومناطق قساوة النبات ، ومعدلات ازدهار الأزهار على مدى فترات طويلة لاكتشاف أنماط المناخ. التغيير داخل النظم البيئية العالمية.

قامت وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) بجمع بيانات لعقود من الزمن حول هذه المؤشرات البيئية. شاهد الفيديو أدناه للتعرف على مناخنا وبيئتنا وفقدان التنوع البيولوجي في جميع أنحاء العالم.

نسخة نصية
أثرت الأحداث الكارثية في اليابان وكاليفورنيا على النظم البيئية بشكل مختلف. مع كل حدث ، كان حجم الضرر يلقي بثقله على أفعال وقرارات صانعي السياسات المعنيين. علمت الحرائق الكبيرة في كاليفورنيا مسؤولي المدينة والحياة البرية دروسًا مهمة حول المراقبة البيئية. على الرغم من أن الحرائق هي مشهد مألوف في جميع أنحاء المناظر الطبيعية في ولاية كاليفورنيا ، إلا أن المسؤولين أكثر استعدادًا لمنع حدوث أضرار جسيمة.

لسوء الحظ ، لا يزال التأثير السلبي للكوارث الثلاث في اليابان مستمرًا. بعد العديد من موجات الإشعاع ونكسات متعددة ، انتهت الأزمة النووية في اليابان أخيرًا - ولكن ليس من دون ثمن باهظ على البيئة. تسربت المياه عالية النشاط الإشعاعي ، من جالونات المياه المالحة المستخدمة لخفض درجات حرارة المفاعل ، إلى المحيط الهادئ. تبع التسرب مصدق على تفريغ 10000 جالون من المياه المشعة منخفضة المستوى من قبل إدارة المصنع. منح المسؤولون الحكوميون الإذن بإخلاء المفاعلات من المياه المشعة من أجل استبدالها بمياه مصفاة أكثر ملاءمة لخلايا وقود المفاعل. كان مستوى المواد المشعة في المياه التي تم التخلص منها أعلى بـ 500 مرة من الحد القانوني المسموح به للإفراج. قالت الوكالة النووية اليابانية إن مكب النفايات والتسريبات تشكل & quot؛ مخاطر صحية كبيرة & quot؛ على السكان البشريين لكنها لا تزال غير متأكدة من كيفية تأثير المياه المشعة على البيئة البحرية.

ضرب سابع أكبر زلزال في التاريخ المسجل شمال اليابان في 11 مارس 2011 ، الساعة 2:46 مساءً. الوقت المحلي. بلغت قوة الزلزال 8.9 درجة على مقياس ريختر ، وهز المباني لعدة دقائق في العاصمة طوكيو ، على بعد أكثر من 300 كيلومتر من مركز الزلزال ، الواقع على بعد 81 ميلاً من ساحل سينداي باليابان. حطم الزلزال أساسات المباني ، وفتح صدوعًا في الحقول والأرصفة ، وأشعل الحرائق ، وأعاد تشكيل الطرق.

أعقب تسونامي الزلزال الرئيسي ، واجتياح سواحل سينداي ، هوكايدو ، ومحافظة أموري ، وخليج طوكيو. ضربت أول موجة تسونامي مدينة سينداي. بلغ ارتفاعها 20 قدمًا ، لكنها كانت الموجة الثانية التي تسببت في أكبر قدر من الدمار. على ارتفاع 30 قدمًا ، حملت الموجة الثانية القوارب والسيارات والمباني في شوارع المدينة. أفاد مسؤولون في سينداي ، المدينة التي يبلغ عدد سكانها مليون شخص ، عن مئات القتلى والآلاف تقطعت بهم السبل والحطام في جميع أنحاء المدينة.

بعد الزلزال والتسونامي ، بدأ قلق ثانوي في الظهور. تعتمد اليابان على الطاقة النووية في ثلث احتياجاتها من الكهرباء. هل بقيت معدات السلامة لمحطة الطاقة النووية في البلاد سليمة خلال الكوارث؟ هل كان هناك تسرب إشعاعي؟ في البداية ، لم يبلغ المسؤولون الحكوميون عن أي علامات تدل على وقوع أضرار.
لسوء الحظ ، كانوا مخطئين. يوم السبت ، 12 مارس 2011 ، بعد يوم من الزلزال ، انفجرت الجدران الخارجية للمفاعل رقم 1 في محطة فوكوشيما لتوليد الطاقة في انفجار هيدروجين. لم يترك هذا سوى إطار هيكلي لحماية قضبان وقود المفاعل.

بعد ثلاثة أيام ، وقع انفجار ثان في المفاعل 2 ، مما أدى إلى إتلاف وعاء الاحتواء الداخلي. نصحت شركة طوكيو للطاقة الكهربائية ، التي تمتلك محطة فوكوشيما لتوليد الطاقة ، السكان على بعد 18 ميلاً من المحطة بالبقاء في منازلهم وقضوا الـ 24 ساعة التالية في ضخ مياه البحر في المفاعل لمنع الانهيار.

مع مرور الأيام ، تصاعدت الأزمة ، مع تعطل أنظمة التبريد وتكرار التسريبات الإشعاعية على مستويات أعلى. بدأت المخاوف من انتقال الإشعاع إلى المدن الكبرى ذات الرياح السائدة في تعميم غرف التحرير في جميع أنحاء العالم. وزاد الخوف مع الشك في أن هذه لم تكن المرة الأولى التي تفشل فيها منشأة نووية يابانية بعد الزلزال. في عام 2007 ، تم إغلاق مصنع آخر ، وهو منشأة كاشيوازاكي-كاريوا ، لمدة عامين بعد أن ضرب زلزال بقوة لا يمكن للمصنع تحمله. على مر السنين ، حدثت أعطال في النظام في مصانع يابانية أخرى ، بعضها بسبب الزلزال ، والبعض الآخر بسبب الإهمال. كان لدى المسؤولين الحكوميين الكثير من التحذيرات حول سلامة جميع منشآتهم النووية. نشأ سؤال مهم. هل يمكن منع أزمة فوكوشيما؟

نظرة إلى الوراء: حرائق كاليفورنيا في عام 2007

لأسابيع في أكتوبر 2007 ، اشتعلت حرائق الغابات بآلاف الأفدنة من الغابات والمنازل في كاليفورنيا. تسببت الحرائق في أضرار بملايين الدولارات ، وتلوث الهواء والممرات المائية ، ودمرت العديد من النظم البيئية.

عندما انتهت الكارثة ، طالب سكان كاليفورنيا المتضررين من الحريق بتحسين الوقاية من الحرائق. لقد أرادوا المزيد من الإجراءات الاستباقية ، مثل الحروق الموصوفة للحد من حرائق التاج. هذه الأنواع من الحرائق تحترق من خلال النصف العلوي من الأشجار ويصعب للغاية مكافحتها.

الحروق الموصوفة هي حرائق أصغر يُشعلها مسؤولو الحياة البرية لتقليل الشجيرات ، وهي وقود شائع للحرائق الخارجة عن السيطرة. ومع ذلك ، فإن الحروق الموصوفة في مناخ كاليفورنيا الجاف محفوفة بالمخاطر ويجب مراقبتها والتحكم فيها بعناية. كبديل ، نظر مسؤولو الحياة البرية إلى ممارسات إدارة الغابات الأكثر أمانًا. منذ عام 2007 ، قاموا بتطهير المزيد من الأراضي لتشكيل حرائق في مواقع استراتيجية بالقرب من السكان. لقد قاموا أيضًا بزراعة المزيد من & quot؛ فواصل الوقود & & quot؛ مناطق ذات نباتات منخفضة القابلية للاشتعال تهدف إلى إبطاء حركة الحريق. أخيرًا ، شجعوا السكان على الالتزام بالمناطق العازلة المقترحة بين مناطق الغابات والمنازل.

لقد تطلب النمو السكاني لدينا توسيعًا لموائلنا. يتكون موطننا من المنازل والمدارس والشركات والمتنزهات والطرق - ونحن نطهر الأراضي التي تنتمي إلى الأنواع الأخرى من أجل إنشائها. يحدث التوسع البشري ، والتدمير اللاحق لموائل الحيوانات ، يوميًا في المجتمعات المحلية وعلى نطاق أوسع على مستوى العالم. انخفضت الغابات المطيرة في جميع أنحاء العالم ، وهي مصدر أعظم تنوع بيولوجي لكوكب الأرض ، من أربعة مليارات فدان إلى 2.5 مليار فدان في بضع مئات من السنين الماضية فقط. هذا يترجم إلى خسارة كبيرة في الموائل وانقراض جماعي لأنواع عديدة.

تؤثر اختياراتنا على النظم البيئية بطرق كبيرة وصغيرة. المبيدات الحشرية التي نستخدمها في الحدائق تقتل الحشرات التي نعتبرها آفات ، لكنها يمكن أن تقتل أيضًا بعض الزواحف والبرمائيات التي تعتبر مخفضًا طبيعيًا للآفات ، مثل السحالي والضفادع. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للأسمدة التي يستخدمها المزارعون أن تتدفق إلى البحيرات والأنهار المحلية مع هطول الأمطار ، مما يؤدي إلى ترسيب مركبات النيتروجين التي تستنفد مستويات الأكسجين في المياه. كما أن أنظمة الصرف الصحي البلدية والصناعية ، وخزانات الصرف الصحي ، والتصريفات من عوادم السيارات تودع النترات في المياه العذبة والنظم البيئية البحرية. تسبب هذه الملوثات نفوق الأسماك ومرض الدم البني في الأسماك المتبقية. يعطل مرض الدم البني نقل الأكسجين في خلايا الأسماك.

كل يوم ، نقوم بتهيئة الأرض للأشياء التي نحتاجها ، مثل مقالب القمامة الخاصة بنا ، والأشجار لمنتجاتنا الورقية ، أو مساحة لمزارعنا ومزارع الماشية. نقوم أيضًا بتعدين الأرض من أجل المعادن التي نحتاجها ونستخدم تدريبات النفط للعثور على الغاز لسياراتنا.

أصبحت كل هذه الأشياء من الضروريات في حياتنا ، ولكن إذا واصلنا أخذنا من بيئتنا دون رد الجميل ، فلن يدعمنا ذلك.

تدمر الأحداث الكارثية النظم البيئية بطرق سريعة ومثيرة ، لكن التغييرات الأصغر والأكثر تدريجيًا تعطل استقرار النظام البيئي أيضًا. لنأخذ حالة سمكة الأسد ، الغازية الأخيرة لمياه جنوب فلوريدا الساحلية. مياهها الأصلية هي جنوب المحيط الهادئ ، وتتراوح من اليابان إلى أستراليا. ومع ذلك ، في عام 1992 ، بعد إعصار أندرو ، تعرض أحد الأحياء المائية لأضرار بالغة وهرب ستة من أسماك الأسد البالغة إلى خليج بيسكين. يعتقد العلماء أن هذا ، إلى جانب الإطلاقات الإضافية من أسماك الأسد من أصحاب الأحواض المائية الشخصية ، قد سمح لنمو هذه الأنواع الغازية. تتغذى سمكة الأسد على الأسماك والقشريات المحلية للشعاب المرجانية المغمورة في فلوريدا ، مما يتسبب في انخفاض كبير في أعداد هذه الأنواع.

دعونا نراجع الطرق الأخرى التي نؤثر بها على بيئتنا.

تشير الاستدامة إلى الممارسات والخدمات والإرشادات التي نطورها لحماية البيئة من أنشطتنا. الهدف من الاستدامة هو استعادة تلك الأشياء التي نأخذها من الأرض الآن للأجيال القادمة.

يمكن أن تكون الممارسة المستدامة أي إجراء يقلل من التلوث البيئي ويحمي التنوع البيولوجي للأرض. عندما يفرض مديرو الحياة البرية قوانين الصيد والصيد ، فإنهم يضمنون أن كمية الحيوانات التي تمت إزالتها من نظام بيئي لا تعطل القدرة الاستيعابية لأي مجموعة. إنهم يدعمون السكان الذين يشرفون عليهم. هذه مجرد واحدة من مجموعة متنوعة من الأساليب المستخدمة لتحقيق الاستدامة الحقيقية.

تحمي الممارسات المستدامة الموائل من استخداماتنا العديدة. على المستوى المحلي ، هناك لوائح تتحكم في مساحة الأرض المستخدمة للبناء الجديد. هناك أيضًا إرشادات تحظر البناء على طول الشواطئ دون وجود حزام أخضر كافٍ بين المباني والساحل. يحمي الحزام الأخضر الشواطئ من التعرية. يمكن لحكومة المدينة أيضًا بناء الأسوار البحرية والسدود لتوفير حماية إضافية للشواطئ.

على مستوى الولاية والمستوى الوطني ، تشمل الممارسات المستدامة حماية المتنزهات ومناطق الحفظ ، ولوائح قطع الأشجار ، والمبادئ التوجيهية لأفضل ممارسات تربية المواشي والزراعة. يمكن أن يتضمن قطع الأشجار المستدام زراعة شتلات جديدة لتحل محل الأشجار البالغة التي تمت إزالتها من الموطن. تتعامل تربية المواشي المستدامة مع التخلص من فضلات الحيوانات وتحدد عدد الحيوانات التي يمكن رعيها في منطقة معينة. ترشد الزراعة المستدامة كيفية حراثة الأرض وكيف يتم ري المحاصيل وتخصيبها وحصادها. تم تعيين جميع ممارسات الزراعة المستدامة لتقليل تآكل التربة ، وزيادة نسب المحاصيل إلى الأرض ، وخفض تلوث المياه من الأسمدة والمبيدات.


التنفس الخلوي

2 NADHT قضى هذا الأسبوع في AP Biology كمقدمة بالإضافة إلى نظرة أكثر تعمقًا في الطرق التي تزود بها الخلايا نفسها بالطاقة التي تحتاجها من أجل العمل والحفاظ على الحياة التي نراها من حولنا.

كان موضوع اهتمامنا الأول هو التنفس الخلوي ككل. في قشرة الجوز ، هذا هو حصاد الجلوكوز بواسطة خلايانا وتحويل هذا الجلوكوز إلى مواد ضرورية للوظائف الخلوية. يمكن تقسيم التنفس الخلوي إلى أربع خطوات رئيسية.

أول هذه الخطوات هو تحلل السكر. تحلل السكر (& # 8220 تقسيم السكر & # 8221) هو التفاعل الأولي في السيتوبلازم المحيط بالميتوكوندريا الذي يأخذ جزيء الجلوكوز المقدم ويبدأ عملية تكسيره. يقسم جزيء الجلوكوز المفرد إلى جزيئين من البيروفات في خطوتين فرعيتين مختلفتين. أولى هذه الخطوات هي مرحلة استثمار الطاقة: مدخلات الطاقة (2 ATP) الضرورية لتفكيك جزيء الجلوكوز. ثم يتم تعويض هذا التبرع بالطاقة في الخطوة الثانية من تحلل السكر: مرحلة مردود الطاقة. في هذه المرحلة ، تتشكل 4 جزيئات طاقة ATP مع 2 NADH بعد تفكك الجلوكوز. ينتج عن هذا ربح صافٍ قدره 2 ATP في العملية الكلية لتحلل السكر.

تسمى الخطوة الثانية من التنفس الخلوي بـ Link Reaction. تحدث هذه الخطوة عندما يدخل جزيئي البيروفات المنتجين في الخطوة الأخيرة إلى الميتوكوندريا للمساعدة في تغذية بقية عملية التنفس الخلوي. في تفاعل الارتباط يكتمل أكسدة الجلوكوز. يتم تحويل البيروفات إلى أسيتيل أنزيم أ (CoA) وكذلك ثاني أكسيد الكربون (CO2). لا ينتج تفاعل الارتباط ATP في حد ذاته ولكن فقط بعد هذا التفاعل يمكن أن تحدث الخطوة التالية من التنفس الخلوي: دورة Kreb & # 8217s). تعد دورة Kreb & # 8217s جزءًا حيويًا من عملية التنفس الخلوي. في هذه الخطوة ، تنقسم جزيئات البيروفات تمامًا إلى ثاني أكسيد الكربون وتنتج 1 ATP و 3 NADH وجزيء واحد من FADH2 (في كل دورة دورة). لذلك ، يتم إكمال هذه العملية بأكملها مرتين لكل جزيء جلوكوز يدخل التفاعل. تحدث هذه العملية في ثماني خطوات ، كل منها يتضمن إنزيمًا معينًا. تتضمن الخطوة الأولى مجموعة Acetyl من CoA تتحد مع oxaloacetate لتكوين جزيء سترات. تعمل جميع الخطوات السبع التالية على تحلل جزيء السترات هذا إلى أوكسالواسيتات ، ثم تكرر الدورة نفسها. يعمل كل من NAD + و FADH + كناقل للإلكترون (NADH و FADH2) لنقل الإلكترونات من الدورة إلى سلسلة نقل الإلكترون (ETC) لاحقًا في هذه العملية.

تُعرف الخطوة الأخيرة من التنفس الخلوي باسم الفسفرة التأكسدية. في هذه الخطوة ، تم نقل الإلكترونات من Kreb & # 8217s Cycle و Glycolysis لتزويد ATP Synthesis نتيجة لـ ETC. يقع ETC على الغشاء الداخلي للميتوكوندريا (على الكرستاي). تتكون السلسلة من العديد من المكونات المختلفة (مجمعات البروتينات) التي تتبادل الحالات المختزلة والأكسدة مع مرور الإلكترونات بينها أثناء التبرع وقبول كل إلكترون). تنخفض الإلكترونات في الطاقة الحرة أثناء انتقالها عبر السلسلة عبر مجمعات البروتين قبل أن يتم قبولها أخيرًا من قبل O2 (صولجان الإلكترون النهائي). لا يولد ETC نفسه أي ATP. بدلاً من ذلك ، فإنه يكسر قطرات الطاقة الحرة الكبيرة من ناقلات الإلكترون إلى إطلاق أصغر للطاقة يتم التحكم فيه بشكل أكثر كفاءة.

يؤدي نقل الإلكترون هذا داخل ETC إلى قيام البروتينات بدورها بضخ أيونات H + من مصفوفة الميتوكوندريا إلى مساحة الغشاء الداخلي. يؤدي هذا إلى إنشاء تدرج تركيز على طول تدفق البروتونات مع قاعة بروتين ميسر (ATP Synthase). يستخدم هذا البروتين التدفق المفرط لأيونات H + لدفع الفسفرة لـ ATP في عملية تسمى الانقسام الكيميائي (استخدام الطاقة في التدرج H + لدفع العمل الخلوي).

بشكل عام ، ينتج عن عملية التنفس الخلوي ربح صافٍ قدره 32 ATP ، وهي الطاقة اللازمة لدفع العمليات الخلوية الموجودة في كل ما نقوم به. يرتبط هذا المفهوم بسهولة بفكرتنا الكبيرة الأولى من حيث أن هذه العملية متشابهة جدًا بين الكائنات الحية والأنواع شديدة الاختلاف ، مما يُظهر ليس فقط تشابهًا مهمًا ولكن أيضًا مفهوم التطور الذي يتم تعزيزه من خلال هذه التشابهات. يمكن أيضًا إجراء الاتصالات بفكرة كبيرة 4.b حيث لا يجب أن تكون التفاعلات فقط ، ولكن أيضًا التعاون حاضرًا في العمليات البيولوجية من أجل الحفاظ على كفاءتها ووظيفتها ، مثل الخطوات المختلفة لعملية التنفس الخلوي التي يجب أن تكون جميعها. الحالية والعمل من أجل الحفاظ على كفاءتها.


InQuisitive الفصل 1

غير مشمول في دراسة الأنثروبولوجيا:
- دراسة الروابط الكيميائية بين الذرات داخل جسم الإنسان (على الرغم من أن الكيمياء تستخدم غالبًا كطريقة من قبل علماء الأنثروبولوجيا ، إلا أن دراسة الكيمياء والروابط الكيميائية هي علم طبيعي)
-دراسة بيولوجيا الأنواع النباتية النضرة (بينما توجد النباتات في المواقع الأثرية وتشكل جزءًا مهمًا من مجموعة أدوات علماء الآثار البيولوجية ، فإن دراسة بيولوجيا النبات هي عالم علماء النبات.)

أشياء لا يدرسها علماء الأنثروبولوجيا البيولوجية:
-كيف ينتقل تعلم اللباس من جيل إلى جيل. (هذا مثال على شيء يدرسه عالم الأنثروبولوجيا الثقافية. على الرغم من أن علماء الأنثروبولوجيا البيولوجية قد يستخدمون هذه المعلومات للمساعدة في توضيح فرضية حول كيفية تأثير قواعد الزواج على التطور البشري أو الاختلاف البيولوجي ، فإن فهم انتقال السلوك المكتسب ليس هدفًا أساسيًا من الأنثروبولوجيا البيولوجية.)

علم الاحياء:
- عالم الأنثروبولوجيا البيولوجية يجمع العينات للحصول على معلومات وراثية من براز غوريلا
- عالم الأنثروبولوجيا البيولوجية يقيس عظام أسلاف الإنسان المبكر
- عالم أنثروبولوجيا بيولوجي يقارن أسنان الهيكل العظمي بسجلات الأسنان الشرطية لتحديد رفات المتوفى

الأنثروبولوجيا الثقافية: دراسة ثقافات ومجتمعات البشر وماضيهم القريب. يدرس علماء الأنثروبولوجيا الثقافية التقليدية الثقافات الحية ويقدمون ملاحظاتهم في علم الحشرات.
-هذا عالم أنثروبولوجيا يعيش مع مجموعة من الناس لاكتساب منظور أكثر حميمية حول حياتهم.

علم الآثار: دراسة المجتمعات السابقة وثقافاتها ، وخاصة البقايا المادية للـ pst ، مثل الأدوات وبقايا الطعام والأماكن التي عاش فيها الناس.
-هذا عالم أنثروبولوجيا يحقق في مبنى أو هيكل تم تركه وراءه.

الأنثروبولوجيا اللغوية: دراسة اللغة ، وخاصة كيفية بناء اللغة ، وتطور اللغة ، والسياقات الاجتماعية والثقافية للغة.
- هذا عالم أنثروبولوجيا يسجل كيف يوجه المعلم الصبي في حفظ الآيات.


الأساس العاطفي العاطفي لنشاط الإحالة الذاتية لشبكة DMN

تُظهر الأدلة الحديثة في علم الأعصاب أن درجة الارتباط الذاتي تعتمد على عمل الجزء البطني الأساسي من DMN (D & # x02019Argembeau et al. ، 2005) ، والذي يشارك بشكل خاص في حمل الأرضية العاطفية داخل العقلية ذات التوجه الداخلي. النشاط (كريستوف وآخرون ، 2016). بعبارة أخرى ، الجزء البطني من DMN & # x0201Cconstrains & # x0201D هو النشاط التخيلي ضمن مدارات محددة للمعنى يتمحور حول المشاعر العاطفية المميزة أو الحالة المزاجية.

يتضمن الجزء البطني الأساسي من CMS قشرة الفص الجبهي البطني (VMPFC) ، والقشرة الأمامية المدارية الوسطى (MOFC) ، والجزء الفرعي والسابق من القشرة الحزامية الأمامية (PACC). ترتبط هذه المناطق بشكل كثيف بالمناطق تحت القشرية (جذع الدماغ ، الدماغ المتوسط ​​، الدماغ الأمامي القاعدية) ، وكذلك مع اللوزة ، والعقد القاعدية (المخطط والنواة المتكئة) ، وجميع الطرائق الحسية الخارجية الأولية (نورثوف وآخرون ، 2006 كريستوف وآخرون ، 2016). على وجه الخصوص ، يعتمد التأريض العاطفي العاطفي الذي يمارسه الجزء البطني من شبكة DMN على الروابط الصارمة مع مجمع SCMS (Northoff et al. ، 2006) المتضمن في التنظيم الأساسي الحشوي المتماثل وكذلك في ظهور محركات غريزية والتصرفات العاطفية الأساسية (Panksepp، 1998a، b، 2005، 2010، 2011 Damasio، 1999 Denton، 2006 Alcaro et al.، 2017).

نظرًا لوظائفها الأساسية ، تم تسمية SCMS بـ & # x0201Ccore-Self & # x0201D (Panksepp ، 1998b) ، أو & # x0201Cproto-Self & # x0201D (Damasio ، 1999). لقد تورطوا في ظهور شكل أساسي من الوعي العاطفي ، يتميز بالحالات المزاجية والحالات الجسدية الحشوية والمشاعر العاطفية الأساسية ، والتي تشكل الشكل الأول للتوجه الذاتي في العالم (بانكسيب ، 1998 ب داماسيو ، 1999 ميركر ، 2007 Solms and Panksepp، 2012 Alcaro and Panksepp، 2014 Alcaro et al.، 2017). تم تعريف هذا الشكل البدائي لوعي & # x0201Canoetic & # x0201D بأنه & # x0201C الحالة البدائية للوعي اللاإرادي [& # x02026] ، مع شكل أساسي من الشخص الأول & # x0201C Self-experience & # x0201D الذي يعتمد على الحالات التجريبية العاطفية و الوجود العقلي الحسي والإدراكي الخام & # x0201D (Vandekerckhove and Panksepp، 2009، p. 1).

من خلال ترسيخ نشاطه ضمن مسارات عاطفية محددة ، يتكشف الجزء البطني من شبكة DMN عن وظيفة استقرار أساسية لظهور شعور مستقر بالذات وبالواقع الخارجي. ومن المثير للاهتمام ، أن الملاحظات السريرية أظهرت أن المرضى الذين يعانون من آفات في الجزء البطني من DMN يمثلون نشاطًا عقليًا غير منظم للغاية وشبيه بالذهان (Solms and Solms ، 2000) ولا يزالون غير قادرين على تطوير نموذج متماسك لأنفسهم (Damasio ، 1999 Schore ، 2003 ، 2009). في رأينا ، قد يُنظر إلى هذا على أنه نتيجة للانفصال بين DMN و SCMS. في مثل هذه الحالة ، تفقد الوظيفة التخيلية الأرضية العاطفية الذاتية الأساسية ، الضرورية لتماسكها وتكاملها واستقرارها وارتباطها بالذات.

من ناحية أخرى ، عندما تكون قوة التأثير عالية بشكل مفرط ، فإن تركيز النشاط العقلي قد يكون مقيدًا بشدة. هذا يؤدي إلى الاجترار ، حيث يتم إنتاج الأفكار أو التخيلات بشكل قهري وتهيمن على المجال العقلي. تتجلى هذه الظاهرة بشكل خاص في الاكتئاب ، وهو حالة عقلية مرضية تتميز بأفكار اجترارية مفرطة النشاط وزيادة نشاط حالة الراحة في هياكل الدماغ في خط الوسط القشري تحت القشري (Alcaro et al. ، 2010 Northoff et al. ، 2011).

من المثير للدهشة أن الأهمية المطلقة للعمليات العاطفية للارتباط بالذات قد أدركها سي جي جونغ منذ وقت طويل ، حيث كتب ما يلي:

& # x0201Cكل عملية نفسية لها قيمة مرتبطة بها ، أي نغمة المشاعر. يشير هذا إلى درجة تأثر الموضوع بالعملية أو إلى أي مدى يعني ذلك بالنسبة له (بقدر ما تصل العملية إلى الوعي على الإطلاق). من خلال & # x02018affect & # x02019 يصبح الموضوع متورطًا وبالتالي يشعر بثقل الواقع & # x0201D (Jung، 1959: para. 61).

وفقًا لـ Jung ، لا تحمل التأثيرات صفة ذاتية جوهرية فحسب ، بل تحمل أيضًا خاصية تكاملية أساسية. في الواقع ، كان يعتقد أن الحياة العقلية منظمة حول هياكل ديناميكية محددة ، تسمى & # x0201Cfeeling-toned complex ، & # x0201D التي تجمع معًا محتويات عقلية مختلفة على أساس حالة عاطفية مشتركة (انظر أيضًا Wilkinson ، 2006). يتم توحيد كل مجمع بنفس التأثير ، والذي يحدد جوهر معناه ، وينظم التجربة والإدراك والأوهام والتفكير حول موضوع مركزي. على سبيل المثال ، قد تنشأ مجموعة من الذكريات والأفكار والأوهام المتعلقة بنقص تقدير الذات والشك وعدم اليقين بشأن الذات ومشاعر عدم الارتقاء إلى المعايير.

النظرية Jungian للمجمعات ذات المشاعر هي تطوير لعمل بيير جانيت على الأفكار الثابتة المستقلة. وفقًا لجانيت (1889) ، فإن الأفكار الثابتة هي صور أو أفكار ذهنية لها شحنة عاطفية عالية وتتخذ أبعادًا مبالغ فيها ، لذلك قد لا يتم دمجها بشكل طبيعي في وعي الأنا وتصبح معزولة عن الشخصية المعتادة ، مما يخلق حالات منفصلة من العقل (موناهان ، 2009). ومع ذلك ، على عكس النظرية الأصلية لجانيت ، أكد يونغ أن الجانب الانفصالي للمجمعات عادة ما يكون قابلاً للعكس ، لذلك قد يكون أكثر تكاملًا أو أكثر وفقًا للموقف اللحظي. فقط في الأمراض العقلية الشديدة ، مثل الذهان ، يتم فصل بعض المجمعات بشكل دائم عن الأنا الواعية وتصبح الشخصية مجزأة. يفضح هذا الانفصال الموضوع إلى النشاط القوي وغير المعدل لمجمعات & # x0201Chis & # x0201D ، ويُجبر هذا الموضوع بشكل غير طبيعي على التفاعل مع صوره العاطفية القديمة ، الخالية تقريبًا من الوكالة التطوعية والذاكرة العاملة المناسبة.


المواد والأساليب

الإجراءات الجراحية

تم إجراء جميع التجارب وفقًا للوائح وزارة الداخلية في المملكة المتحدة. تم تخدير الفئران البالغة C57BL / 6J (P40-60) باستخدام الأيزوفلورين (3-5٪ للتحريض ، 0.5-2٪ للجراحة ، في الأكسجين النقي). خلال التخدير العام ، تمت مراقبة درجة حرارة المستقيم والحفاظ على درجة حرارة الجسم ثابتة باستخدام بطانية الحرارة المنزلية (FHC). تم وضع الفئران في إطار التوضيع التجسيمي ، والذي سمح بوضع أفقي للرأس وزُرع بلوحة رأس معدنية خفيفة الوزن على شكل حرف L وغرفة تسجيل. تم وضع غرفة التسجيل مباشرة فوق الفصيص الخامس من المخيخ. كانت هذه المنطقة من المخيخ هي الأكثر سهولة ، وتتطلب أقل قدر من إزالة العضلات ، وهو اعتبار مهم لهذه التجارب اليقظة. تم السماح للفئران بالتعافي من جراحة زرع الرأس لمدة لا تقل عن 48 ساعة.

ما لا يقل عن 3 ساعات قبل إجراء التسجيلات الكهربية ، أعيد تخدير الفئران باستخدام الأيزوفلورين (كما هو موضح أعلاه). تم إنشاء حج قحف صغير (∼200-500 ميكرومتر) من خلال الجمجمة مباشرة فوق الفصيص V من دودة المخيخ بحوالي 0.5 - 1 ملم جانبًا من خط الوسط وإزالة الجافية. تم تطبيق Agar و Elastomer سيليكون (Kwik-Cast ، World Precision Instruments Ltd ، Sarasota ، FL) على حج القحف لإغلاقه. عندما تم ضبط السيليكون بالكامل ، تمت إزالة الماوس من حامل الرأس ووضعه في قفص دافئ للتعافي من التخدير لمدة 2 ساعة.

بعد الشفاء من تخدير الفئران كانت ثابتة الرأس 1 ساعة قبل بدء جلسة التسجيل. تم وضع الفئران على كرة من البوليسترين بقطر 20 سم تم تثبيتها على منضدة هوائية أسفل منصة الرأس مباشرة وأمامها قليلاً. تم تركيب الكرة من خلال مركزها على محور أفقي يرتكز على المحامل. تم وضع الفئران على الكرة بحيث يمكنهم الاستراحة بشكل مريح في وسطها والمشي طواعية. مع هذا التكوين ، اعتادت الفئران بسهولة على تقييد الرأس ، وعادة ما تجلس بهدوء بعد 30-60 دقيقة.

في تسجيل التصحيح المشبك في الجسم الحي

تم الحصول على تسجيلات المشبك الكهربائي للخلية الكاملة وتسجيلات المشبك الحالي في الجسم الحي من الخلايا الحبيبية المخيخية ونبات الألياف الطحلبية كما هو موصوف سابقًا (Chadderton et al. ، 2004 Rancz et al. ، 2007 Duguid et al. ، 2012). استمرت التسجيلات المستخدمة للتحليل من 100 ثانية إلى 950 ثانية (المتوسط ​​المتوسط: 300 ± 186 ثانية ، ن = 53 ، في 26 فأرًا). تحتوي الماصات على مقاومات من 6-7 م 3 وتم ملؤها بمحلول داخلي يحتوي (بالملي مولار): K-Methanesulphonate ، 133 KCl ، 7 HEPES ، 10 Mg-ATP ، 2 Na2-ATP ، 2 نا2-GTP ، 0.5. EGTA ، 0.1 درجة حموضة 7.2.

تم تحديد الخلايا الحبيبية بناءً على سعتها الصغيرة المميزة وعمقها من سطح pial (450-600 ميكرومتر). تم التعرف على حبات الألياف المطحلب من خلال معدلات ارتفاع تلقائية عالية نسبيًا ، ونقص المدخلات المتشابكة وشكل موجة الارتفاع المميز (Rancz et al. ، 2007). تم تضخيم القياسات الكهربية باستخدام مضخم متعدد المصابيح 700B (أجهزة Axon ، الأجهزة الجزيئية ، Sunnyvale ، CA). تمت تصفية البيانات عند 4-10 كيلو هرتز وتم الحصول عليها عند 20 كيلو هرتز باستخدام برنامج pCLAMP بالتزامن مع نظام اكتساب Digidata 1440A (Axon Instruments ، Molecular Devices).

تحليل البيانات الكهربية

تم فحص البيانات الفيزيولوجية الكهربية للقطع الأثرية المتعلقة بالحركة (اضطرابات كبيرة على جانبي خط الأساس). تم استبعاد التسجيلات التي أظهرت مثل هذه القطع الأثرية من مزيد من التحليل. تم تحليل البيانات الفيزيولوجية الكهربية باستخدام وحدات ماكرو مكتوبة خصيصًا في Igor Pro 6. تم الكشف عن التيارات والإمكانات المتشابكة باستخدام خوارزمية عتبة السعة حيث تم تعيين عتبة اكتشاف الحدث على ضعف الانحراف المعياري لضوضاء خط الأساس (عادةً حوالي 10 باسكال). تم التحقق من التيارات والإمكانيات المكتشفة يدويًا من خلال الفحص الدقيق لجميع بيانات الفيزيولوجيا الكهربية.

تحليل الفيديو

تم الحصول على مقاطع الفيديو باستخدام الكاميرا الرقمية Canon Exilim-F1 بمعدل إطار يبلغ 30 هرتز. تمت مزامنة آثار الفيزيولوجيا الكهربية مع الفيديو عن طريق محاذاة التسجيلات مع بداية مصباح LED موقوت بواسطة برنامج اكتساب الفيزيولوجيا الكهربية. تم إجراء تحليل الفيديو باستخدام برنامج مصمم خصيصًا في Matlab (MathWorks) والذي يتوفر كرمز مصدر 1. تم اقتصاص الفيديو أولاً لاحتواء منطقة صغيرة تعرض الماوس ثم استخدم لحساب خريطة الحركة على النحو التالي: أولاً خلفية (المقابلة لوحدات البكسل التي لم تتحرك مؤخرًا) تم حسابها بالصيغة التالية:

حيث BGأنا هي الخلفية في النقطة الزمنية i والإطارأنا هو إطار الفيديو. من الناحية التجريبية ، وجدنا أن α = 0.3 تعمل بشكل جيد مع مجموعة البيانات الخاصة بنا ، وهذا يتسبب في أن تكون الخلفية عبارة عن متوسط ​​مرجح على مدار آخر 15 إطارًا تقريبًا.

بعد ذلك ، تم حساب صورة الاختلاف على النحو التالي:

لتوفير تقدير أقل صخبًا للحركة ، استخدمنا صورة فرق الوقت المصقول كخريطة الحركة:

تم حساب المتوسطات التي تم تشغيلها بواسطة سبايك لخريطة الحركة هذه عن طريق تجميع معدلات الأحداث العصبية في حاويات 33.3 مللي ثانية (أي مطابقة معدل الإطارات) وترجيح الإطارات حسب معدل الحدث في الحاوية. تم حساب مؤشر الحركة عن طريق تحديد عتبة خريطة الحركة (مع عتبة 40 بدقة 8 بت) وجمع وحدات البكسل التي تتجاوز العتبة. تم استخدام مؤشر الحركة لتحديد فترات اليقظة الهادئة والفترات التي تتحرك فيها الفئران. تم تعريف فترات الهدوء على أنها فترات تغير فيها مؤشر الحركة بمعدل أقل من 0.025 وحدة تعسفية لكل إطار (مع معدل أقصى قدره 1 معطى من خلال تغيير البكسل الأقصى) لما لا يقل عن 30 إطارًا متتاليًا. على العكس من ذلك ، تم تعريف فترات الحركة على أنها معدلات تغيير أكبر من 0.025 au. لكل إطار لما لا يقل عن 30 إطارًا متتاليًا. تم استخدام هذه التعريفات لتقسيم البيانات الفيزيولوجية الكهربية المقابلة إلى فترات مسجلة أثناء اليقظة الهادئة وأثناء الحركة لتحليل ترددات السنبلة و EPSC.

لقد ربطنا النشاط الفسيولوجي الكهربية بمؤشر الحركة إما بمقياس زمني خشن (1.5 ثانية) أو دقيق (33 مللي ثانية). تم إهمال النشاط الفيزيولوجيا الكهربية على النحو التالي: بالنسبة لـ EPSCs و GC Spikes و MFT ، قمنا بحساب متوسط ​​معدل الحدث في سلة المهملات. بالنسبة إلى الامتداد ، قمنا بحساب متوسط ​​التيار غير المباشر (كما هو محدد بواسطة إجراء التركيب أدناه) في الحاوية.

بالنسبة إلى ارتباط مقياس الوقت التقريبي ، قمنا بتقسيم مؤشر الحركة والنشاط الكهروفيزيولوجي إلى حاويات 1.5 ثانية وقيمنا متوسط ​​البيانات في هذه الصناديق ، ثم حسبنا معامل Pearson r بين معدلات الأحداث (بالنسبة لـ EPSCs ، مسامير GC ، مسامير MFT) أو التيار ( لتداعيات) ومؤشر الحركة.

من أجل الارتباط الدقيق للمقياس ، جعلنا حجم الحاوية مدة إطار الفيديو (أي 33.3 مللي ثانية) لسهولة التحليل. أجرينا ارتباطًا متصالبًا متجانسًا متداولًا بين البيانات الفيزيولوجية الكهربية ومؤشر الحركة ، عن طريق تحويل نافذة 3 ثوانٍ عبر البيانات. لكل نافذة ، تم طرح المتوسط ​​من كل من مؤشر الحركة والبيانات الكهربية ، وتم إجراء الارتباط المتبادل. لكل خلية ، تم حساب متوسط ​​الارتباط المتبادل عن طريق حساب المتوسط ​​عبر التحولات ، وتم قياس الذروة في هذا الارتباط المتقاطع.

لتحديد ما إذا كانت هذه الارتباطات مهمة ، قمنا بتوليد عينات تمهيدية لكل خلية من خلال تكرار التحليل بإصدارات مختلطة من النشاط الكهروفيزيولوجي المقابل ، مما سمح لنا بإنشاء درجة z لكل خلية. تم استخدام درجة z هذه للبحث عن قيمة p من جانب واحد في جدول عادي قياسي. تم تصحيح قيم p من Bonferroni لإجراء مقارنات متعددة ، وتم تعيين مستوى الأهمية عند p = 0.05.

تحليل التيارات غير المباشرة

لفصل EPSCs الطوري عن التيارات غير المباشرة الأساسية ، نلائم نموذجًا بآثار مشبك الجهد الخام. يتكون النموذج من قطار من وظائف ثنائية الأسي (تمثل الأحداث السريعة) فوق وظيفة خدد ، تمثل تيارًا بطيئًا أساسيًا. بصياغة هذا رياضيًا ، نلائم دالة g (t) للبيانات:

حيث ß هي دالة خدد تكعيبية مع نقاط تحكم ، Cأنا هي نقطة التحكم i في الشريحة ، N.EPSCs هو عدد EPSCs السريع في البيانات ، أمبيرأنا هو اتساع ith EPSC السريع ، ζ هي دالة ثنائية الأسي مع وقت صعود τترتفع وزمن الاضمحلال τتقع، تأنا هي بداية تشغيل ESPC السريع.

تم جمع البيانات في عمليات مسح مستمرة لمدة 5 ثوانٍ ، وبالتالي فإننا نلائم النموذج بشكل منفصل مع هذه الحلقات الخمس.

كان إجراء التركيب على النحو التالي: تم استخدام خوارزمية لإيجاد الذروة لاكتشاف EPSCs السريع في آثار مشبك الجهد الخام. لقد بدأنا ß لتساوي صفرًا ، NEPSCs ليكون مساويًا لعدد القمم التي وجدتها الخوارزمية ، أمبيرأنا إلى السعات التي وجدتها الخوارزميات ، Tأنا وقت الأحداث ، τترتفع تم ضبطه على 1 مللي ثانية و τتقع تم ضبطه على 10 مللي ثانية. استخدمنا بعد ذلك وظيفة Matlab nlinfit لملاءمة النموذج مع الآثار الأولية ، وضبط معلمات الشريحة ، ومضخم الصوتأنا و τترتفع و τتقع. لتصحيح الانجرافات البطيئة في تيار التثبيت أثناء تسجيل طويل ، قمنا بتعيين الحد الأقصى لتتبع ß لكل حلقة 5 ثوانٍ ليكون صفرًا. يناسب الخط التحولات الأساسية في الآثار التي لا يتم حسابها من خلال جمع الأحداث السريعة ، واستخدمناها كمقياس لنا للامتداد المفترض. لاحظ أنه نظرًا لأنه من المعروف أن التيارات غير المباشرة تساهم في ذيول EPSCs السريعة (DiGregorio et al. ، 2002) ، فإننا نقلل من المساهمة الإجمالية للانتقال غير المباشر في الخلايا الحبيبية في الفأر المستيقظ.

تم حساب المساهمة النسبية للانتقال الطوري والانتقال غير المباشر كدالة لمعدل EPSC على النحو التالي: تم حساب معدل EPSC السلس عن طريق ربط نواة أسية سببية (مع tau = 50 مللي ثانية) مع مجموعة من وظائف دلتا الموضوعة في أوقات EPSCs السريع كما هو موجود في إجراءات التركيب لدينا. ثم قمنا بعد ذلك بتكرار جميع الأحداث في جميع الخلايا وحساب نسبة التيار السريع في ذروة الحدث على التيار غير المباشر في ذلك الوقت ، ومعالجة كل حدث كنقطة بيانات. ثم تم إهمال نقاط البيانات هذه بمعدل EPSC. بالنسبة للشكل 2E ، F قمنا أيضًا بربط التيارات بمؤشر الحركة ، الملتف بنواة أسية سببية (مع tau = 660 مللي ثانية).

لحساب الارتباط المتبادل بين معدل EPSC والامتداد (الشكل 2C) ، استخدمنا تتبع معدل EPSC الناعم والآثار غير المباشرة المفترضة من إجراء التركيب ، كلاهما مذكور أعلاه ، واستخدمنا نافذة انزلاقية 2 ثانية فوق الآثار.لكل نافذة ، قمنا بحساب ارتباط متقاطع متوسط ​​مطروح بين معدل EPSC وآثار الامتداد. ثم قمنا بحساب متوسط ​​الارتباط المتبادل ، بمتوسط ​​جميع الخلايا وجميع النوافذ المنزلقة. بالنسبة للانتشار الناجم عن الاندفاع ، قمنا بتعريف الدفق على أنه مجموعة من 5 أو أكثر من EPSCs تحدث عند 200 هرتز أو أكثر. قمنا بحساب متوسط ​​الأثر غير المباشر الناجم عن الحدث الأول لمثل هذه الرشقات (الشكل 2 د).

نموذج الخلية الحبيبية

استخدمنا نموذج خلية حبيبية مخيخية منشورة (ديواكار وآخرون ، 2009) لدراسة التكامل المشبكي باستخدام أنماط النشاط في الجسم الحي. يتكون هذا النموذج من نموذج مجزأ مفصل لخلية حبيبية متصاعدة لبيئة محاكاة NEURON. قمنا بتعديل النموذج فقط عن طريق إضافة ناقل مثبط منشط ثابت في سوما 1 nS (E.مراجعة = −70 مللي فولت). تم تشغيل النموذج في وضع المشبك الحالي. لحقن أنماط المدخلات المثيرة التي سجلناها في الجسم الحي ، أضفنا موصلية متشابكة AMPA (E.مراجعة = 0 mV) التي تم تغييرها ديناميكيًا لتتوافق مع الموصلية الكامنة وراء آثار مشبك الجهد لدينا ، بافتراض قوة دافعة تبلغ 70 مللي فولت. فصل تحليلنا غير المباشر الموصوف أعلاه تسجيلات مشبك الجهد الخاصة بنا إلى المساهمات من تيار EPSC السريع ، وآثار الانتشار البطيئة المفترضة ، حتى نتمكن من إدخالها بشكل منفصل أو تلخيصها في النموذج وتسجيل ناتج الارتفاع لخلية النموذج. أجرينا أيضًا عمليات محاكاة تمت فيها إضافة موصلية مستقبل NMDA إلى الامتداد والتوصيل الطوري لـ AMPA ، مع نسبة NMDA: AMPA تبلغ 0.2 (Cathala et al. ، 2003) ، وكتلة Mg 2+ تعتمد على الجهد على غرار ( نيوس وآخرون ، 2006).

تحليل المشبك الحالي

بالنسبة لتسجيلات GC الحالية للمشابك ، تم إجراء تحليل الاندفاع على النحو التالي: تم اكتشاف طفرات في الآثار الأولية باستخدام عتبة الجهد (−10 mV). ثم تكرر إجراء من خلال المسامير وتجميعها في رشقات إذا ظهرت 3 أو أكثر من النتوءات على التوالي مع ISI أقل من 50 مللي ثانية. تم تحديد كمية إزالة الاستقطاب الكامنة وراء انفجار ما ، حيث بلغ متوسط ​​الجهد عبر فاصل زمني قدره 5 مللي ثانية بدءًا من 1 مللي ثانية بعد الارتفاع الأول في الاندفاع ، بعد طرح جهد خط الأساس ، المُعرَّف على أنه متوسط ​​الجهد على مدى فترة 180 مللي ثانية تبدأ من 20 مللي ثانية قبل الارتفاع الأول في الانفجار.

تحليل الكمبيوتر

تم تصغير حجم مقاطع الفيديو مكانيًا بمعامل 2 ، وتم حساب أجهزة الكمبيوتر الخاصة بالفيديو عن طريق حساب خريطة الحركة للفيديو أولاً على النحو الوارد أعلاه ، ثم نقل نافذة 8 إطارات عبر خريطة الحركة هذه. لكل مقطع من مقاطع الفيديو ، أنشأنا مصفوفة بيانات حيث احتوت الصفوف على نوافذ الإطارات الثمانية لخرائط الحركة. تم بعد ذلك استخدام دالة pca القياسية في Matlab للحصول على أجهزة الكمبيوتر الخاصة بهذه المصفوفة ، بالإضافة إلى معاملات كل فيديو في قاعدة eigenbasis هذه. احتفظنا بالمكونات الخمسين بأعلى قيم ذاتية لكل فيديو. لكل من هذه المكونات ، قمنا بعد ذلك بحساب ارتباط متقاطع منزلق بين معامله في الفيديو ونسخة مرهونة للتتبع الكهربية (كما هو موضح في قسم تحليل الفيديو). تم حساب الارتباط المتقاطع المنزلق كما هو مفصل أعلاه لمؤشر الحركة. لتحديد مستوى الضوضاء ، قمنا بتوليد عينات تمهيدية من خلال تكرار التحليل على إصدارات مختلطة من آثار الفيزيولوجيا الكهربية المهملة.

لتسمية أجهزة الكمبيوتر وفقًا لأجزاء الجسم التي شاركت في الحركة ، ابتكرنا خوارزمية وضع العلامات شبه الآلية: لكل مقطع فيديو ، حددنا عائد استثمار مستطيل لكل منطقة من المناطق الثلاث (الرأس والجسم والأطراف). يمكن أن يكون لكل منطقة أكثر من عائد استثمار (على سبيل المثال ، عائد استثمار واحد لكل طرف). بالنسبة لجميع أجهزة الكمبيوتر ، بحثنا عن تغييرات بكسل على مستوى الإطارات في عائد الاستثمار على النحو التالي:

أين الكمبيوتر[س ، ص ، ط] هو جهاز الكمبيوتر بالبكسل x و y والإطار i ، و n هو العدد الإجمالي للإطارات في الكمبيوتر. تم اعتبار عائد الاستثمار ، وبالتالي منطقة الجسم ، مشاركًا في حركة الكمبيوتر إذا تجاوز الحد الأدنى. لاحظ أنه في هذه التسجيلات المثبتة على الرأس ، تشير حركة "الرأس" بشكل أساسي إلى حركة وسادة الشارب والأذنين.

لتحديد العتبة بطريقة غير تعسفية ، اخترنا أيضًا عائد الاستثمار المقابل للخلفية لكل مقطع فيديو. ثم قمنا برسم مخطط توزيع Δ في هذه الخلفية لعائد الاستثمار. في جميع مقاطع الفيديو ، تراوحت من 0 إلى 2500 ، وبالتالي اخترنا 3000 كعتبة.

تحليل الخطوة

لقد أنشأنا واجهة مستخدم رسومية مخصصة للدخول في مقاطع الفيديو إطارًا تلو الآخر وشرح حركة الأطراف. لاحظنا في كل إطار ما إذا كان أي من الأطراف الأمامية في مرحلة التأرجح أو الوقوف. تم تعريف مرحلة التأرجح على أنها تبدأ عند رفع المخلب عن الكرة ، وتنتهي عند إعادة الاتصال بين المخلب والكرة. بالنسبة لأي من الأطراف الأمامية ، قمنا بحساب النشاط الكهروفيزيولوجي المستحث خطوة بخطوة لكل خلية عن طريق تشغيل حلقة 40 حاوية (أو 1.32 ثانية) من النشاط في بداية مرحلة الموقف ، وقمنا بحساب متوسط ​​هذه الحلقات لكل خلية ، مع إعطاء متوسط ​​خطوة متجه الاستجابة المستثارة σ1,2. 40. قمنا بحساب مؤشر تعديل m لكل خلية عن طريق أخذ هذا المتجه والحساب:

لاختبار الأهمية ، أنشأنا عينات تمهيدية عن طريق اختيار نافذة عشوائية لكل خطوة من تتبع الفيزيولوجيا الكهربية المقابل. بالنسبة للخلايا الفردية ، اعتبرنا أن فهرس التعديل مهم إذا كانت درجة z المرتبطة به تتوافق مع قيمة p & lt 0.05 بعد تصحيح Bonferroni لأعداد الخلايا ضمن طريقة التسجيل تلك. عند القياس عبر السكان ، في حين أن متوسط ​​درجات z المجمعة كانت موجبة ، لم تكن كبيرة (متوسط ​​درجات z كانت MFBs: 2.4427 ± 2.8788 ، p = 0.3995 للطرف الأيسر ، 5.2776 ± 4.2794 للطرف الأيمن. EPSCs: 3.0553 ± 1.5468 ، p = 0.0695 للطرف الأيسر ، 2.3266 ± 1.0831 ، 0.0522 للطرف الأيمن. مسامير GC: 0.0980 ± 1.0836 ، p = 0.9243 للطرف الأيسر ، 0.1723 ± 2.0968 ، p = 0.9312 للطرف الأيمن. الانتشار: −0.1011 ± 0.3651 ، p = 0.7764 للطرف الأيسر ، 0.0192 ± 0.4422 ، p = 0.9645 للطرف الأيمن). هذا ليس مفاجئًا ، لأنه يعكس حقيقة أن مجموعة فرعية فقط من الخلايا الحبيبية يتم تعديلها جيدًا بواسطة دورة الخطوة ، وهو أمر متوقع نظرًا لتنوع المدخلات لطبقة الخلية الحبيبية.

بالنسبة للمخطط القطبي في الشكل 4 - ملحق الشكل 2 ، قمنا برسم التعديل لدورة الخطوة عن طريق أخذ الانحراف المطلق عن النشاط المتوسط ​​باعتباره نصف قطر المخطط. هذا هو،

حيث يكون النشاط هو متجه النشاط الذي يتم تشغيله خطوة بخطوة كما هو موضح في الشكل 4 أ المعين على 360 درجة (أي ، يعمل هذا على كل درجة في المؤامرة المقابلة لـ 5 مللي ثانية). لسهولة التصور ، طرحنا من R الحد الأدنى للقيمة عبر المراحل ثم قسمنا على القيمة القصوى ، لذلك R بين 0 و 1. اخترنا مرحلة التعديل الأقصى كمرحلة تعظيم R. في الشكل 4 - ملحق الشكل في الشكل 2 ، قمنا برسم التحويرات على أنها درجات z بطرح متوسط ​​متجه النشاط المشغل بالخطوة لكل تسجيل والقسمة على انحرافها المعياري.

تم إنشاء نموذج ماركوف ذو الحالتين باستخدام Bayes Net Toolbox (https://code.google.com/p/bnt/). تم تصميم توزيع المخرجات على شكل خليط من أربعة غاوسيين. البيانات المرصودة في الوقت الذي كنت فيه تتكون من نافذة 360 مللي ثانية من بيانات الفيزيولوجيا الكهربية تبدأ في الوقت الأول. بالنسبة إلى EPSCs ، تم تطبيع النشاط في كل نافذة إلى متوسط ​​بيانات التصاعد ، وتم طرح النشاط الأساسي (متوسط ​​نشاط أول 90 مللي ثانية في النافذة). تم بدء جميع المعلمات بشكل عشوائي ، باستثناء الاحتمالات السابقة للحالات ومصفوفة انتقال الحالة الأولية التي تم اشتقاقها لكل خلية من بيانات الخطوة المشروحة يدويًا. تم بعد ذلك استخدام Bayes Net Toolbox لإجراء خوارزمية Baum-Welch لتحسين الاحتمالات السابقة ومصفوفة الإرسال ومزيج من المعلمات Gaussian. ثم تم استخدام خوارزمية Viterbi لإعادة بناء انتقال الحالة المتوقعة من خلال HMM.

لتسجيل التنبؤ مقابل بيانات التنقل الحقيقية ، قمنا أولاً بتحويل كل من التنبؤ والبيانات الحقيقية إلى قطارات سبايك ، عن طريق وضع ارتفاعات في التحولات من الموقف إلى التأرجح. ثم استخدمنا مقياسًا شائع الاستخدام بين قطارات سبايك (شريبر وآخرون ، 2003) لحساب جودة إعادة بناء الخطوة. باختصار ، يحسب هذا المقياس ارتباطًا متبادلًا طبيعيًا وطرحًا متوسطًا بين قطارات سبايك الملتفة مع نواة غاوسي (استخدمنا سيجما 100 مللي ثانية) ، ثم نأخذ ذروة الارتباط المتبادل كمقياس للتشابه بين القطارات . يمكن أن تختلف هذه القيمة بين 0 (لا يوجد تشابه) و 1 (قطارات متطابقة). لقد قمنا بضرب هذه القيمة في 100 للحصول على درجة مئوية. لكل طرف ، أخذنا متوسط ​​درجة النسبة المئوية على مدى 10 أشواط من خوارزمية HMM للحصول على متوسط ​​درجة التنبؤ. لكل خلية ، اخترنا الطرف الذي تم توقعه بشكل أفضل من خلال النشاط وأبلغنا عن درجة التنبؤ الخاصة به. لاختبار الأهمية لكل خلية ، قمنا بإنشاء عينات تمهيدية لكل خلية من خلال تكرار الإجراء أعلاه على نسخة مختلطة من البيانات الفيزيولوجية الكهربية للخلية ، وإنشاء درجة z من درجة التنبؤ. تم اعتبار التنبؤ لكل خلية مهمًا إذا كانت القيمة الاحادية الجانب المرتبطة بها هي & lt0.05 بعد تصحيح Bonferroni.


التنفس الخلوي

2 NADHT قضى هذا الأسبوع في AP Biology كمقدمة بالإضافة إلى نظرة أكثر تعمقًا في الطرق التي تزود بها الخلايا نفسها بالطاقة التي تحتاجها من أجل العمل والحفاظ على الحياة التي نراها من حولنا.

كان موضوع اهتمامنا الأول هو التنفس الخلوي ككل. في قشرة الجوز ، هذا هو حصاد الجلوكوز بواسطة خلايانا وتحويل هذا الجلوكوز إلى مواد ضرورية للوظائف الخلوية. يمكن تقسيم التنفس الخلوي إلى أربع خطوات رئيسية.

أول هذه الخطوات هو تحلل السكر. تحلل السكر (& # 8220 تقسيم السكر & # 8221) هو التفاعل الأولي في السيتوبلازم المحيط بالميتوكوندريا الذي يأخذ جزيء الجلوكوز المقدم ويبدأ عملية تكسيره. يقسم جزيء الجلوكوز المفرد إلى جزيئين من البيروفات في خطوتين فرعيتين مختلفتين. أولى هذه الخطوات هي مرحلة استثمار الطاقة: مدخلات الطاقة (2 ATP) الضرورية لتفكيك جزيء الجلوكوز. ثم يتم تعويض هذا التبرع بالطاقة في الخطوة الثانية من تحلل السكر: مرحلة مردود الطاقة. في هذه المرحلة ، تتشكل 4 جزيئات طاقة ATP مع 2 NADH بعد تفكك الجلوكوز. ينتج عن هذا ربح صافٍ قدره 2 ATP في العملية الكلية لتحلل السكر.

تسمى الخطوة الثانية من التنفس الخلوي بـ Link Reaction. تحدث هذه الخطوة عندما يدخل جزيئي البيروفات المنتجين في الخطوة الأخيرة إلى الميتوكوندريا للمساعدة في تغذية بقية عملية التنفس الخلوي. في تفاعل الارتباط يكتمل أكسدة الجلوكوز. يتم تحويل البيروفات إلى أسيتيل أنزيم أ (CoA) وكذلك ثاني أكسيد الكربون (CO2). لا ينتج تفاعل الارتباط ATP في حد ذاته ولكن فقط بعد هذا التفاعل يمكن أن تحدث الخطوة التالية من التنفس الخلوي: دورة Kreb & # 8217s). تعد دورة Kreb & # 8217s جزءًا حيويًا من عملية التنفس الخلوي. في هذه الخطوة ، تنقسم جزيئات البيروفات تمامًا إلى ثاني أكسيد الكربون وتنتج 1 ATP و 3 NADH وجزيء واحد من FADH2 (في كل دورة دورة). لذلك ، يتم إكمال هذه العملية بأكملها مرتين لكل جزيء جلوكوز يدخل التفاعل. تحدث هذه العملية في ثماني خطوات ، كل منها يتضمن إنزيمًا معينًا. تتضمن الخطوة الأولى مجموعة Acetyl من CoA تتحد مع oxaloacetate لتكوين جزيء سترات. تعمل جميع الخطوات السبع التالية على تحلل جزيء السترات هذا إلى أوكسالواسيتات ، ثم تكرر الدورة نفسها. يعمل كل من NAD + و FADH + كناقل للإلكترون (NADH و FADH2) لنقل الإلكترونات من الدورة إلى سلسلة نقل الإلكترون (ETC) لاحقًا في هذه العملية.

تُعرف الخطوة الأخيرة من التنفس الخلوي باسم الفسفرة التأكسدية. في هذه الخطوة ، تم نقل الإلكترونات من Kreb & # 8217s Cycle و Glycolysis لتزويد ATP Synthesis نتيجة لـ ETC. يقع ETC على الغشاء الداخلي للميتوكوندريا (على الكرستاي). تتكون السلسلة من العديد من المكونات المختلفة (مجمعات البروتينات) التي تتبادل الحالات المختزلة والأكسدة مع مرور الإلكترونات بينها أثناء التبرع وقبول كل إلكترون). تنخفض الإلكترونات في الطاقة الحرة أثناء انتقالها عبر السلسلة عبر مجمعات البروتين قبل أن يتم قبولها أخيرًا من قبل O2 (صولجان الإلكترون النهائي). لا يولد ETC نفسه أي ATP. بدلاً من ذلك ، فإنه يكسر قطرات الطاقة الحرة الكبيرة من ناقلات الإلكترون إلى إطلاق أصغر للطاقة يتم التحكم فيه بشكل أكثر كفاءة.

يؤدي نقل الإلكترون هذا داخل ETC إلى قيام البروتينات بدورها بضخ أيونات H + من مصفوفة الميتوكوندريا إلى مساحة الغشاء الداخلي. يؤدي هذا إلى إنشاء تدرج تركيز على طول تدفق البروتونات مع قاعة بروتين ميسر (ATP Synthase). يستخدم هذا البروتين التدفق المفرط لأيونات H + لدفع الفسفرة لـ ATP في عملية تسمى الانقسام الكيميائي (استخدام الطاقة في التدرج H + لدفع العمل الخلوي).

بشكل عام ، ينتج عن عملية التنفس الخلوي ربح صافٍ قدره 32 ATP ، وهي الطاقة اللازمة لدفع العمليات الخلوية الموجودة في كل ما نقوم به. يرتبط هذا المفهوم بسهولة بفكرتنا الكبيرة الأولى من حيث أن هذه العملية متشابهة جدًا بين الكائنات الحية والأنواع شديدة الاختلاف ، مما يُظهر ليس فقط تشابهًا مهمًا ولكن أيضًا مفهوم التطور الذي يتم تعزيزه من خلال هذه التشابهات. يمكن أيضًا إجراء الاتصالات بفكرة كبيرة 4.b حيث لا يجب أن تكون التفاعلات فقط ، ولكن أيضًا التعاون حاضرًا في العمليات البيولوجية من أجل الحفاظ على كفاءتها ووظيفتها ، مثل الخطوات المختلفة لعملية التنفس الخلوي التي يجب أن تكون جميعها. الحالية والعمل من أجل الحفاظ على كفاءتها.


الملخص

قمنا بقياس التوصيل المحدد (SGa) ، أحجام الزفير القسري لمدة ثانية واحدة (FEV1) ، ومعدلات تدفق منتصف الزفير القصوى (MMF) لأحجام الرئة ، وأحجام الإغلاق (CV) ، والامتثال الثابت (Cst) والامتثال الديناميكي (Cdyn) ، وتبادل الغازات في 53 مدخنًا من أجل تحديد العائد النسبي والعلاقات المتبادلة بين اختبارات مختلفة لاختلال وظائف مجرى الهواء المحيطي. تم اعتبار مرض مجرى الهواء الصغير موجودًا إذا كانت قيم Cst و FEV1 و SGa كانت طبيعية في نفس الوقت الذي كانت قيم CV أو MMF أو Cdyn أو الحجم المتبقي (RV) غير طبيعية. وجدنا أن Cdyn كان غير طبيعي في كثير من الأحيان (100 في المائة) من MMF (72 في المائة) ، السيرة الذاتية (55 في المائة) أو RV (47 في المائة). كانت شذوذ RV و CV مترابطة بشكل كبير.

عندما قارنا الوظيفة الرئوية الشاملة للمرضى المصابين بالاكتئاب MMF مع أولئك الذين يعانون من السيرة الذاتية العالية ، وجدنا أن الآلية المنتجة للأول قد أثرت أيضًا على SGa و FEV.1، Cst وربما RV ، لكن ليس السيرة الذاتية. على العكس من ذلك ، تميل الآلية التي تسببت في زيادة السيرة الذاتية إلى التأثير على RV وتبادل الغاز والجزء السفلي من منحنى حجم الضغط الثابت ، ولكن ليس المتغيرات الأخرى. لحساب هذه الاختلافات ، نفترض أن الجمع بين Cdyn المعتمد على التردد مع MMF المنخفض أو السيرة الذاتية العالية قد يمثل كل منها النتائج النهائية لعمليات مرضية مختلفة داخل الرئة أو ، بدلاً من ذلك ، تأثير عملية مماثلة تعمل في مواقع مختلفة.

تم دعم هذا العمل جزئيًا من خلال الجائزة الأكاديمية الرئوية لخدمة الصحة العامة الأمريكية HL 38،935-01 A1 من المعهد الوطني للقلب والرئة إلى أحدنا (ERM).

من قسم الطب ، قسم أمراض الرئة ، الفرع الطبي بجامعة تكساس ، جالفيستون ، تكساس 77550.


الاستجابة القلبية الرئوية لاختبار التمرين لدى الأشخاص المصابين بالسكتة الدماغية المزمنة: دراسة بأثر رجعي

الخلفية والغرض. فحصت هذه الدراسة الاستجابة القلبية الرئوية وسلامة اختبار التمرين في ذروة الجهد عند الأشخاص خلال المرحلة المزمنة من التعافي من السكتة الدماغية. أساليب. فحصت هذه الدراسة بأثر رجعي بيانات من 62 شخصًا يعانون من السكتة الدماغية المزمنة (الذكور: 32 متوسط ​​العمر (SD): (12.0) سنة) يشاركون في اختبار التمرين. نتائج. كان لدى كل من الذكور والإناث مستويات لياقة قلبية تنفسية منخفضة. لم يتم العثور على فروق ذات دلالة إحصائية بين الجنس لذروة الموارد البشرية (

). أظهر الذكور قيمًا أعلى للتهوية الدقيقة وحجم المد والجزر ونسبة التبادل التنفسي. لم يلاحظ أي أحداث سلبية كبيرة في اختبارات التمرين التي أجريت. المناقشة والاستنتاج. هناك اختلافات بين الجنسين قد تلعب دورًا في أداء اختبار التمرين ويجب أخذها في الاعتبار عند تطوير برامج التمرين. صوت منخفض2 تشير ذروة هذه المجموعة من الناجين من السكتة الدماغية المزمنة إلى الحاجة إلى المشاركة في التدخلات الرياضية.

1 المقدمة

يعد التعافي من السكتة الدماغية أمرًا صعبًا بسبب ضعف التحكم العصبي العضلي ، وانخفاض الحركة الوظيفية ، وعجز التوازن ، وانخفاض اللياقة القلبية التنفسية (CR) [1 ، 2]. تشير الدلائل المستجدة إلى أن التدريب على التمارين في السكان بعد السكتة الدماغية يمكن أن يسهل التحسينات في أنظمة القلب والأوعية الدموية والجهاز التنفسي والجهاز العصبي العضلي [3 ، 4]. لمجموعة متنوعة من الأسباب ، لا يتم وصف التمارين الهوائية بشكل روتيني للناجين من السكتة الدماغية أثناء إعادة التأهيل بعد السكتة الدماغية [5] ، مما يؤدي على الأرجح إلى تفاقم تدهور اللياقة القلبية التنفسية. أظهرت الدراسات البحثية ليس فقط تحسينات في VO2 ذروة التدخلات بعد التمرين [3 ، 4 ، 6 ، 7] ولكن أيضًا الوظيفة البدنية (على سبيل المثال ، Timed Up and Go) ، والمشي [8 ، 9] ، والصحة النفسية [8 ، 10]. ومع ذلك ، لا يستخدم العديد من الأطباء تدخلات التمارين الهوائية ، ربما بسبب الكمية المحدودة من الأبحاث التي حددت بروتوكولات الفحص المناسبة والجرعات المثلى للتمارين الهوائية لهذه الفئة من السكان [11 ، 12]. علاوة على ذلك ، فإن الأدبيات الحالية المتاحة لأخصائيي الرعاية الصحية فيما يتعلق بسلامة وجدوى اختبار التمرين لدى الأشخاص المصابين بسكتة دماغية مزمنة (أي 6 أشهر [13]) كانت محدودة بمجموعات بيانات أصغر في الغالب (& 35 مشاركًا يعانون من السكتة الدماغية المزمنة).

اللياقة البدنية CR مهمة لأداء الأنشطة اليومية والتنقل. تم الإبلاغ عن أن VO2 قيم الذروة أقل من 20 مل * كجم −1 * دقيقة −1 مرتبطة بوظيفة بدنية محدودة للأنشطة الآلية للحياة اليومية [14 ، 15]. بعد السكتة الدماغية ، تحتاج النساء ، مقارنة بالرجال ، إلى مزيد من المساعدة في أنشطة الحياة اليومية والمشي [16]. في إعادة التأهيل بعد السكتة الدماغية ، قد تحتاج النساء إلى المشاركة في تدريب التمارين الهوائية لزيادة القدرة على التحمل للأنشطة اليومية.في حين أنه من المعروف أن لياقة CR تنخفض بعد السكتة الدماغية ، فإن غالبية الدراسات حتى الآن سجلت نسبة أعلى من الرجال. في الواقع ، معظم الدراسات التي تصف لياقة CR بعد السكتة الدماغية كانت أقل من 25٪ [7 ، 13 ، 17 ، 18] أو لم تسجل أي امرأة [19]. من المهم فهم الاستجابة القلبية الرئوية لاختبار التمرين في كل من الرجال والنساء بحيث يمكن استخدام الاستجابات الفسيولوجية والديناميكية الدموية التي تم الحصول عليها من اختبار التمرين لتوجيه وصفة التمرين بشكل مناسب [2].

بينما تشير معظم الدراسات إلى VO2 الذروة والموارد البشرية كنتائج من اختبار التمرين في مجتمع السكتة الدماغية ، تتوفر معلومات قليلة بشأن مقاييس النتائج الأخرى التي تتضمن الجهاز الرئوي مثل التهوية الدقيقة (VE) أو حجم المد والجزر أو كفاءة التهوية لثاني أكسيد الكربون (VE / VCO)2) في هذه المجموعة السريرية. في دراسة مبكرة للناجين من السكتة الدماغية الذين يعانون من شلل نصفي في الجانب الأيسر ، تعرضت وظيفة الجهاز التنفسي للخطر وربما "ساهمت في التعب الذي يحد من النشاط البدني" [20].

لذلك ، كانت أهداف هذه الدراسة بأثر رجعي هي توصيف وتقديم وصف شامل للاستجابات القلبية الرئوية أثناء اختبار التمرين الإضافي للناجين من السكتة الدماغية المزمنة (أي ، 6 أشهر) وتقديم تقرير عن نطاق الاستجابات لاختبار التمرين بين الجنسين. افترضنا أن الرجال ، بعد السكتة الدماغية ، سيكون لديهم قيم أعلى من حيث اللياقة البدنية ووظيفة الرئة مقارنة بالنساء. أردنا أيضًا تحديد النتائج القلبية الوعائية والرئوية والوظيفية التي ستتوقع لياقة CR باستخدام ذروة استهلاك الأكسجين (VO2 قمة). أخيرًا ، سعينا إلى تحديد ما إذا كان الأفراد في المرحلة المزمنة من السكتة الدماغية يمكنهم المشاركة بأمان في اختبار التمرين باستخدام مجموعة البيانات المتاحة.

2. الطرق

بالنسبة للعمل الحالي ، تم جمع البيانات وتحليلها من نتائج اختبارات التمرين التي أجريت في جامعة كانساس ، مركز الأبحاث السريرية العامة (GCRC) خلال الفترة الزمنية من 2005 إلى 2009. شملت هذه الدراسات الأفراد المصابين بالسكتة الدماغية المزمنة والذين شاركوا في الذروة. اختبار الجهد التمرين. تم وصف معايير القبول في الدراسات السابقة في مكان آخر [21-23]. باختصار ، كانت معايير التضمين (1) سكتة إقفارية واحدة قبل 6 أشهر على الأقل من التسجيل ، (2) القدرة الكاملة على الانتقال إلى الوقوف ، (3) مستقلة مع التمشي 30 قدمًا مع أو بدون جهاز تقويم أو مساعد ، و (4) درجة اختبار الحالة العقلية المصغرة من 24 [21 ، 22] ، واستبعدت كلتا الدراستين الأفراد الذين يعانون من قيود قلبية والتي كانت موانع مطلقة لاختبار التمرين [24]. كانت الطرائق المستخدمة لاختبارات التمرين إما مقياس سرعة الدوران (Lode BV ، Zernikepark 16 ، 9747 AN Groningen ، هولندا) (Lode BV ، جرونينجن ، هولندا) ، أو السائر المستلقي الكلي للجسم (NuStep، Inc، 51111 Venture Dr.، Ann أربور ، MI 48108) (نوستيب ، آن أربور ، ميتشيغن). يستخدم كلا بروتوكولي اختبار التمرين مراحل تدريجية مدتها دقيقتان. في عملنا السابق ، أبلغنا عن وجود علاقة قوية بين مقياس ergometer الدورة وبروتوكولات اختبار السائر المستلقي الكلي للجسم من أجل VO2 قمة

يتم توفير وصف موجز لبروتوكولات اختبار التمرين. تم توجيه الأفراد إلى الامتناع عن تناول الطعام والكافيين قبل 3 ساعات من الاختبار المقرر. تم إجراء إجراءات المعايرة على عربة التمثيل الغذائي (ParvoMedics ، 8152 South 1715 East ، Sandy ، UT 84093) (ParvoMedics True One 2400 ، Sandy UT) وفقًا لمواصفات الشركة المصنعة. قام اختصاصي فسيولوجيا التمرين بتعريف كل مشارك في وقت الزيارة بمعدات التمرين ، وقطعة الفم ، ومشبك الأنف ، وبروتوكول اختبار التمرين ، والإجراءات وشرح تصنيف Borg لمقياس الجهد المتصور (RPE). تم إرفاق المشاركين بجهاز تخطيط القلب الكهربائي (ECG) المكون من 12 رصاصًا لمراقبة معدل ضربات القلب والإيقاع بشكل مستمر. تم ارتداء صمام ثنائي الاتجاه غير قابل للتنفس ، وغطاء رأس ، وقطعة الفم ، ومشبك الأنف من قبل المشاركين. تم الحصول على ضغط الدم و RPE خلال آخر 30 ثانية من كل مرحلة. تم جمع الغازات منتهية الصلاحية بشكل مستمر ، وتم حساب متوسط ​​امتصاص الأكسجين وإنتاج ثاني أكسيد الكربون بفواصل زمنية مدتها 15 ثانية. تم إنهاء اختبار التمرين إذا وصل المشارك إلى الإرهاق الإرادي أو استوفى معايير إنهاء الاختبار المطلقة وفقًا لإرشادات الدعوة والتواصل والتعبئة الاجتماعية [24].

تم تحديد 62 شخصًا مصابًا بسكتة دماغية مزمنة وشاركوا في اختبار تمرين في مركز GCRC لإدراجهم في الدراسة. تتألف معايير الاستبعاد من بيانات مفقودة أو غير كاملة. تم اتباع إجراءات الدراسة وفقًا للإرشادات المؤسسية وتمت الموافقة عليها من قبل لجنة المواد البشرية بالجامعة. يتم سرد خصائص المشاركين في الجدول 1.

قمنا بفحص مؤشرات القلب والرئة في ذروة الجهد للمجموعة بأكملها وعبر الجنس. نظرًا للتباين في النطاق العمري (من 26 إلى 81 عامًا) لمجتمع الدراسة ، أجرينا تحليلًا فرعيًا للبيانات. لقد فصلنا بياناتنا إلى مجموعات عمرية حسب العقد كما هو مدرج في بيانات الدعوة والتواصل والتعبئة الاجتماعية مبادئ توجيهية لاختبار التمرين والوصفات الطبية [24]. سمح ذلك بتوصيف مستويات اللياقة الهوائية عبر الجنس والعمر لوصف الترتيب المئوي للمشارك من أجل القوة الهوائية القصوى.

التحق معظم الأفراد في مجموعة البيانات هذه بدراسة تدخل. لتجنب أي ارتباك مرتبط بتدخلات التمرين ، قمنا بتقييم الاستجابة القلبية الرئوية لبيانات اختبار التمرين فقط من اختبارات التمرين الأساسية.

3. تحليل البيانات

تم استخدام المتوسط ​​الحسابي والانحراف المعياري للإحصاء الوصفي. تم اختبار مقاييس النتائج الأولية وتكوين الجسم من أجل الحياة الطبيعية باستخدام اختبار عينة Kolmogorov-Smirnov 1. تم استخدام نموذج خطي عام وحيد المتغير لفحص الفروق بين الجنسين لمعلمات القلب والرئة. لحساب الاختلافات في ذروة الموارد البشرية ، تم استخدام الأدوية التي تؤثر على الموارد البشرية (حاصرات بيتا وحاصرات قنوات الكالسيوم) كمتغيرات مشتركة في التحليلات الإحصائية. لتحديد المعلمات التي يمكن أن يكون لها أكبر تأثير على VO2 الذروة (mL * kg −1 * min −1) للمجموعة ، تم إجراء نموذج الانحدار الخطي التدريجي. من أجل فحص 5 عوامل في تحليل الانحدار ، نحتاج إلى تضمين 50 شخصًا على الأقل في العينة. لذلك ، كانت المتغيرات المستقلة المدرجة في تحليل الانحدار هي ذروة VE (L * min −1) ، ذروة الموارد البشرية ، والعمر ، والجنس ، والطرف السفلي Fugl-Meyer. تم استخدام معاملات ارتباط بيرسون لفحص العلاقة بين VO2 الذروة وتلك العوامل المهمة في نموذج الانحدار. تم إجراء جميع التحليلات باستخدام برنامج SPSS الإحصائي (SPSS، Inc، 233 S Wacker Dr.، Chicago، Ill 60606) (SPSS، v 17) بمستوى ألفا & lt0.05.

4. النتائج

4.1 الاستجابة القلبية الرئوية لاختبار التمرين

تم بشكل طبيعي توزيع البيانات الخاصة بالنتائج الأولية للقلب والأوعية الدموية والرئة وتكوين الجسم (ص- القيم و GT 0.310). كان الذكور أكبر سنًا وأطول وأوزانًا من نظرائهم من الإناث (الجدول 1). على الرغم من هذه الاختلافات في المعلمات الفيزيائية ، لم يتم العثور على فروق ذات دلالة إحصائية بين الجنسين لذروة الموارد البشرية حتى عند التحكم في الأدوية (ص = 0.27). كانت الإناث أصغر سناً وكان معدل ضربات القلب الأقصى المتوقع لديهن (APHRM) المحسوبة ب 220 ناقص العمر أعلى بكثير من الذكور. ومع ذلك ، كانت ذروة معدل ضربات القلب في نهاية اختبار التمرين أقل من نظرائهم الذكور على الرغم من كونهم أصغر سناً. علاوة على ذلك ، فإن عدد الذكور (ن = 28) والإناث (ن = 29) الإبلاغ عن استخدام حصار بيتا كان مشابهًا. صوت2 الذروة (مل * كجم −1 * دقيقة −1) (ص = 0.29) ووظيفة الأطراف السفلية باستخدام درجة Fugl-Meyer (ص = 0.11) لم تكن مختلفة بشكل كبير. كانت وظيفة الرئة للتهوية الدقيقة (L * min −1) وحجم المد والجزر (L) أعلى بشكل ملحوظ عند الذكور بينما لم يكن معدل التنفس مختلفًا بين الجنسين. نذكر أيضًا أن الذكور يمارسون الرياضة بما يتجاوز عتبة اللاهوائية مع نسبة التبادل التنفسي (RER) أعلى بكثير. ومع ذلك ، فإن مجهودهم المتصور في ذروة الجهد كان مشابهًا. معلمات التمرين القلبي الرئوي من اختبار التمرين الأولي (ن = 62) مدرجة في الجدول 2.

صوت2 تم الإبلاغ عن الذروة كمؤشر لملاءمة CR وفي السكان بعد السكتة الدماغية ، وقد تم الإبلاغ عن هذه القيم أقل بكثير من الضوابط المستقرة المطابقة للعمر [18]. لذلك ، وفقًا للبيانات المعيارية المتوفرة في برنامج الدعوة والتواصل والتعبئة الاجتماعية مبادئ توجيهية لاختبار التمرين والوصفات الطبية [24] ، قمنا بتقسيم المجموعة إلى مجموعات عمرية حسب العقد. جميع الناجين من السكتات الدماغية ما عدا واحد كان مصابا بالصدمات الصوتية2 قيم الذروة أقل من النسبة المئوية الأولى ، والتي تصنف ملاءمة CR الخاصة بهم على أنها سيئة للغاية. شخص واحد فقط في الفئة العمرية 20-29 عامًا لديه صوت صوتي2 الذروة في الشريحة المئوية العاشرة (فئة الفقراء). علاوة على ذلك ، كان لدى 10 فقط من أصل 62 فردًا صوتًا مسموعًا2 قيم الذروة أعلى من 20 مل * كجم −1 * دقيقة −1. من المهم أخذ هذا في الاعتبار منذ VO2 قيم الذروة أقل من 20 مل * كجم −1 * دقيقة −1 مرتبطة بوظيفة بدنية محدودة للأنشطة الآلية للحياة اليومية. يسرد الجدول 3 VO2 قيم الذروة عبر الفئات العمرية.

4.2 نموذج الانحدار

تم إجراء انحدار خطي تدريجي لفحص المقاييس القلبية الرئوية ونتائج السكتة التي ساهمت في VO2 قمة. أظهرت نتائجنا أن التهوية الدقيقة (VE) كانت المقياس الأكثر تنبؤًا وأهمية لـ VO2 الذروة للناجين من السكتة الدماغية المزمنة

(الشكل 1) على الرغم من أن إضافة درجات LE Fugl-Meyer أدت إلى تحسين تنبؤ النموذج بشكل ملحوظ


Scatterplot مع تراكب خط الانحدار لتوضيح العلاقة بين VO2 الذروة و قمة تهوية دقيقة (VE).

أدت إضافة ذروة الموارد البشرية إلى تحسن طفيف في النموذج العام (ص 2 = 0.54, ص & lt 0.001). العمر والجنس لم يحسن النموذج. تشير معاملات ارتباط بيرسون إلى وجود علاقة ذات دلالة إحصائية بين درجات Fugl-Meyer للطرف السفلي و VO2 الذروة (الشكل 2.


Scatterplot مع تراكب خط الانحدار لتوضيح العلاقة بين VO2 وظيفة الذروة والطرف السفلي باستخدام Fugl-Meyer
4.3 سلامة اختبار التمرين في السكتة الدماغية المزمنة

تم تحديد الأحداث الضائرة الرئيسية وفقًا لإرشادات الكلية الأمريكية للطب الرياضي لاختبار التمرين والوصفات الطبية [24] (على سبيل المثال ، الذبحة الصدرية الحادة بشكل معتدل ، وانخفاض ضغط الدم الانقباضي بمقدار 10 ملم زئبق من خط الأساس لضغط الدم ، وارتفاع ST ، وعدم انتظام دقات القلب البطيني المستمر ). في مجموعة البيانات الخاصة بنا ، لم تتم ملاحظة أي أحداث سلبية كبيرة (مثل الموت أو النوبة القلبية). ومع ذلك ، تم الإبلاغ عن مضاعفة قلبية واحدة (انخفاض شريحة ST & gt 2 مم). في بداية هذا الحدث ، تم إنهاء اختبار التمرين وعاد انخفاض جزء ST إلى خط الأساس في غضون دقيقة واحدة. تم إخطار طبيب القلب الخاص بالفرد ، لكن العلاج في المستشفى لم يكن ضروريًا. تم إنهاء اختبار تمرين آخر مبكرًا لأن المشارك عانى من عدم ارتياح متزايد مع لسان حال. لذلك ، تمت إزالة الفوهة ، وتم إنهاء الاختبار. أبلغ أحد الأفراد عن الشعور بالدوار بعد الانتهاء من اختبار التمرين ، على الرغم من عدم تسجيل أي أعراض قلبية (أي ضغط الدم الطبيعي واستجابة معدل ضربات القلب) ، وانحسرت الدوخة بعد دقيقتين. تم إنهاء جميع اختبارات التمرين الأخرى بسبب التعب الإرادي.

5. مناقشة

كانت الأهداف الأساسية لهذه الدراسة بأثر رجعي هي وصف الاستجابة القلبية الرئوية لاختبار التمرين الإضافي وتحديد ما إذا كانت الفروق بين الجنسين موجودة وكان لها تأثير على أداء اختبار التمرين. سعينا إلى التحقيق في أي من القياسات القلبية الرئوية والوظيفية سيتنبأ بالتصوير الصوتي2 الذروة ، والتي قد تساعد في التأكيد على الحاجة إلى برامج التدريب الهوائية في إعادة التأهيل بعد السكتة الدماغية. أخيرًا ، أردنا تقييم سلامة اختبار التمرين للوصول إلى ذروة الجهد لدى الأشخاص المصابين بسكتة دماغية مزمنة.

6. الاستجابة القلبية الرئوية لاختبار التمرين

صوت2 لقد ثبت باستمرار أن الذروة مقياس مفيد للقدرة الوظيفية. على وجه التحديد ، ذكرت دراستان حديثتان [14 ، 15] أن VO2 قيم الذروة أقل من 20 مل * كجم −1 * دقيقة −1 مرتبطة بالأداء المحدود في أنشطة الحياة اليومية. في مجموعتنا من الناجين من السكتة الدماغية المزمنة ، كان لدى حوالي 84٪ منهم VO2 قيم الذروة أقل من هذه القدرة الوظيفية. علاوة على ذلك ، في دراستنا ، القيمة المتوسطة لـ VO2 كان الذروة (مل * كغم −1 * دقيقة −1) في كلا الجنسين بعد السكتة الدماغية أقل بنسبة 55٪ و 43٪ في الإناث والذكور ، على التوالي ، من تلك المسجلة للنظراء الأصحاء المستقرين [25]. هذا الانخفاض الحاد في VO2 الذروة يمكن أن يكون لها آثار وظيفية على العيش المستقل ، والعودة إلى العمل ومشاركة المجتمع في الناس بعد إثارة [18]. نظرًا لأن الجهاز الرئوي ضروري أيضًا أثناء التمرين ولكنه موصوف بشكل سيئ عند الأشخاص بعد السكتة الدماغية ، فقد سعينا لفحص متغيرات النتائج هذه بالإضافة إلى نظام القلب. وجدنا قيمًا متوسطية للمجموعة قابلة للمقارنة مع تلك التي أبلغت عنها دراستان سابقتان على الناجين من السكتة الدماغية [18 ، 26] ولكنها أقل من تلك التي تم الإبلاغ عنها للبالغين الأصحاء [26 ، 27]. وجدنا تقريرًا واحدًا آخر فقط من Tomczak وزملاؤه الذي فحص حجم المد والجزر وتواتر التنفس لوظيفة الرئة أثناء اختبار التمرين بعد السكتة الدماغية [26] ، وكانت نتائجنا متشابهة في النتائج. مكافئ التهوية لثاني أكسيد الكربون (VE / VCO2) يعكس كفاءة التهوية ، وتعتبر القيم الأقل من 30 طبيعية [27]. تظهر النتائج المدرجة في الجدول 3 استجابة غير طبيعية وعالية مع متوسط ​​المجموعة لـ VE / VCO2 النسبة عند 36.5. أعلى VE / VCO2 قد تكون استجابة النسبة ، جنبًا إلى جنب مع انخفاض VE وحجم المد والجزر ، مؤشرًا على ارتفاع نسبة الفراغ الفسيولوجي الميت في الرئتين [28 ، 29]. يحتاج اختصاصيو إعادة التأهيل إلى التفكير في تدخلات التمارين الهوائية وتدريب العضلات الشهيق التي تستهدف زيادة وظائف الرئة بعد السكتة الدماغية.

7. الفروق بين الجنسين

كان للإناث قيم أقل بكثير من الذروة المطلقة لامتصاص الأكسجين (L * min −1) ، RER ، VE ، وحجم المد والجزر من الذكور. ومع ذلك ، VO2 كانت الذروة عند تطبيعها مع وزن الجسم (مل * كجم −1 * دقيقة −1) أقل من الذكور ولكنها لم تختلف اختلافًا كبيرًا. على الرغم من أن الإناث أصغر من نظرائهن من الذكور ، كانت ذروة معدل ضربات القلب للإناث أقل أيضًا من الذكور (123.2 (27.8) مقابل 131.4 (29.6) ، على التوالي) ولكن لم تكن مختلفة إحصائيًا عندما قمنا بالتحكم في أدوية القلب. من الممكن أنه مع حجم العينة الأكبر ، سنجد فروق ذات دلالة إحصائية بين الذكور والإناث في نتائج القلب والأوعية الدموية. ومع ذلك ، ذكرت مقالة كتبها MacKay-Lyons وزملاؤها [18] باختصار الاختلافات بين الجنسين في مجموعة البيانات الخاصة بهم ، لكن لديهم حجم عينة أصغر وتوزيع غير متكافئ للذكور

والإناث. في دراستهم ، أفادوا أن الذكور لديهم صوت أعلى بشكل ملحوظ2 قيم الذروة من الإناث في وقت مبكر بعد السكتة الدماغية. نحن غير واضحين سبب هذه النتيجة لأن مجموعتنا النسائية كانت أصغر بكثير (55.0 (11.9) مقابل 68.0 (10.5)) من الذكور. لا تقدم بياناتنا المتاحة نظرة ثاقبة إلى العوامل القلبية الرئوية أو الفيزيائية الأخرى (البداية المبكرة للإرهاق) التي ربما أثرت على أداء التمارين. بالإضافة إلى ذلك ، لم يكن لدينا أيضًا معلومات تتعلق بالتدابير الأخرى التي يمكن أن تكون ذات مغزى سريريًا خلال الجهود دون الحد الأقصى مثل منحدر كفاءة امتصاص الأكسجين أو VO2/ منحدر معدل العمل. نظرًا لأننا أجرينا تحليلًا بأثر رجعي ، يجب تفسير البيانات بحذر. نحن نقر بأن الدراسات المستقبلية المستقبلية التي تفحص الفروق بين الجنسين يجب أن تحتوي على عينة مطابقة للعمر لتحديد دور الجنس في هذه المعلمات القلبية الوعائية والرئوية.

عندما قارنا تأثير الجنس على النتائج الرئوية في ذروة الجهد من اختبار التمرين ، وجدنا أن الذكور لديهم تهوية دقيقة أكبر (VE) وحجم المد والجزر ، لكن معدلات التنفس كانت مماثلة للإناث. ومع ذلك ، كانت كلتا المجموعتين أقل من القيم المعيارية للتهوية في ذروة جهد التمرين [27]. كان VE وحجم المد والجزر للذكور في هذه الدراسة 63 ٪ و 66 ٪ من القيم الطبيعية ولكن كان لديهم معدلات تنفسية مماثلة للبالغين الأصحاء في هذه الفئات العمرية (94 ٪ من المعدل الطبيعي). كانت قيم الإناث أيضًا أقل مع VE وحجم المد والجزر عند 59 ٪ و 68 ٪ من البيانات المعيارية ، على التوالي. كما أظهرت الإناث معدلات تنفسية شبه طبيعية عند 89٪ من القيم المعيارية. قد توفر استجابة الجهاز التنفسي لدى الأشخاص بعد السكتة الدماغية في كل من الجهد دون الحد الأقصى والجهد الأقصى نظرة ثاقبة للتفسيرات المحتملة فيما يتعلق بضيق التنفس أثناء النشاط والإرهاق بعد السكتة الدماغية. كما هو موضح في بياناتنا ، قد يكون ظهور التعب المبكر جزئيًا بسبب قصور الجهاز التنفسي من خلال انخفاض حجم الرئة [20 ، 30]. يمكن أن ترتبط ميكانيكا التنفس الضعيفة بمدى ضعف الحركة (على سبيل المثال ، شلل جزئي في العضلة النصفي الحاجز والوربي والعضلات البطنية) ويمكن أن يستفيد هؤلاء الأفراد من تدريب العضلات الشهيق لزيادة القوة والانحراف [31 ، 32]. بالنظر إلى ندرة المعطيات حول الفروق القائمة على الجنس في الاستجابة القلبية الرئوية للناجين من السكتة الدماغية في اختبار التمرين ، فإننا نصف مجموعة متنوعة إلى حد ما من الناجين من السكتة الدماغية المزمنة للمساعدة في تحديد تأثيرات الجنس على ذروة قدرة التمرين.

8. نموذج الانحدار

وفقًا للانحدار الخطي التدريجي ، كان VE هو المقياس الأكثر تنبؤًا لـ VO2 قمة. أبلغنا أيضًا أن درجة Low Extremity Fugl-Meyer (LEFM) كانت مساهماً هامًا في VO2 الذروة كما هو مقترح في نموذج الانحدار التدريجي. في الواقع ، كما هو موضح في الجدول 3 ، فإن أولئك الذين حصلوا على درجات أعلى في LEFM كان لديهم أيضًا صوت أعلى2 قيم الذروة. يشير العمل الذي قام به ماكو وزملاؤه إلى أن الساق المصابة بنصف الدماغ قد لا تكون العامل الحاسم الأساسي في إنهاء الاختبار [13]. بينما لا يمكننا استبعاد وظيفة الطرف السفلي للساق المصابة (درجة Fugl-Meyer) ، هناك عوامل أساسية أخرى مثل انخفاض (1) الأنسجة الخالية من الدهون [33] و (2) تدفق الدم [34-36] و (3) أداء العمل [37] في الساق الناصية التي قد تساهم في إنهاء الاختبار المبكر لدى الأشخاص بعد السكتة الدماغية.

ومع ذلك ، فإن الآليات التي قد تكون أساسية للتخفيضات الشديدة في VO2 لا يمكن الحصول على الذروة التي لوحظت هنا من مجموعة البيانات بأثر رجعي. نحن نقر أيضًا أن طرق التمرين المختلفة قد تؤدي إلى اختلافات في VO2 ذروة الأداء والموارد البشرية وممارسة اختبار الأداء [24]. ومع ذلك ، أظهر عملنا السابق الذي يقارن بين بروتوكولات اختبار التمرين المستخدمة في مقياس جهد الدورة والخطوات المستلقي ارتباطًا قويًا بـ VO2 الذروة والموارد البشرية

[22] ، وفي هذه الدراسة ، كان لدينا توزيع مماثل للذكور والإناث استخدموا نوعي معدات التمرين (الدراجة ، راقد السائر) لتجنب التحيز في طريقة التمرين.

9. ممارسة اختبار السلامة

تقدم نتائج دراستنا دليلًا قويًا على أن كلا من اختبارات التمرين الأساسية والمتكررة ذات الجهد الأقصى خلال المراحل المزمنة من التعافي من السكتة الدماغية آمنة ومقبولة جيدًا من قبل هذه المجموعة السريرية عالية المخاطر القلبية. أبلغنا عن نسبة عالية (99 ٪) من المشاركين الذين تمكنوا من إكمال اختبار التمرين المحدود الأعراض دون مضاعفات قلبية. أظهر العمل السابق سلامة وجدوى اختبار التمرين في مجتمع السكتة الدماغية المزمنة ولكن أحجام العينة كانت صغيرة [13 ، 21 ، 22]. تدعم البيانات الواردة من هذه الدراسة عمل الآخرين الذين يعتبرون أن اختبار التمرينات آمن عند إجرائه بالمستوى المناسب من الفحص والمراقبة [4 ، 37 ، 38].

هذه المعلومات المتعلقة بسلامة اختبار التمرينات مهمة وذات صلة لأولئك المهنيين الذين يعملون مع الأشخاص بعد السكتة الدماغية. تشير بياناتنا إلى أن الذكور والإناث بعد السكتة الدماغية يعانون من ضعف شديد في اللياقة البدنية CR. البيان العلمي لجمعية القلب الأمريكية ، توصيات النشاط البدني والتمارين للناجين من السكتة الدماغية وإرشادات أفضل الممارسات لتطوير خدمات التمرين بعد السكتة الدماغية في بيئات المجتمع [39] ، ينص على أهمية دمج التمارين الهوائية في إعادة التأهيل بعد السكتة الدماغية [11] وما بعدها لتحسين صحة ورفاهية الناجين من السكتات الدماغية [39]. علاوة على ذلك ، أثبتت الأدبيات الحالية أن التمارين الهوائية مفيدة لتحسين اللياقة البدنية CR [6 ، 14 ، 36 ، 40] ، ونوعية الحياة [4] ، واختبار المشي لمدة ست دقائق [4 ، 40] ، والأداء الوظيفي [ 14]. على أساس هذه الدراسة ، يبدو أن تدخلات التمارين الهوائية لتحسين اللياقة البدنية CR يجب دمجها في برامج إعادة التأهيل بعد السكتة الدماغية.

نظرًا لأن الأدبيات تشير إلى أن معظم الأفراد بعد السكتة الدماغية يعانون من مرض الشريان التاجي (CAD) [30] جنبًا إلى جنب مع عوامل الخطر القلبية الأخرى ، يمكن أن يكون اختبار التمرين أداة فحص مفيدة لمضاعفات القلب والأوعية الدموية قبل البدء في التدخل بالتمرين. على الرغم من عوامل الخطر هذه ، أكملت نسبة عالية (99٪) من الأفراد اختبار التمرين دون مضاعفات قلبية طفيفة ، ولم نبلغ عن أي أحداث سلبية خطيرة. يمكن أن يوفر اختبار التمرين في مجتمع ما بعد السكتة الدماغية معلومات مفيدة تتعلق بأداء القلب والأوعية الدموية والرئة ، ومعايير وصفة التمرين ، وطمأنة الفرد بعد السكتة الدماغية بأن التمرين آمن ومفيد.

وتجدر الإشارة إلى أن هذه النتائج قد لا تكون ممثلة لسكان السكتة الدماغية. على سبيل المثال ، تطوع الأفراد في مجموعة البيانات هذه لإجراء دراسات تمارين رياضية وقد يكونون أكثر ثقة ، لأنهم كانوا على استعداد للمشاركة في اختبار تمرين ذروة الجهد. حاولنا تقديم تمثيل شامل للمعلمات القلبية الرئوية التي تم الحصول عليها أثناء اختبار التمرين. بينما تقوم بروتوكولات اختبار التمرين بتقييم ضغط الدم بشكل روتيني ، إلا أن بعض المخططات لا تحتوي على القيم النهائية المدرجة في ذروة الجهد ، أو لم يكن من الواضح ما إذا تم الحصول على القيمة في الذروة. لذلك ، لم يتم تضمين ضغط الدم. تم الإبلاغ عن الأدوية الحالية من قبل المشارك في يوم اختبار التمرين إلى اختصاصي فسيولوجيا التمرين. من الممكن أن يكون هناك بعض عدم الدقة في الإبلاغ ، مما قد يؤدي إلى إرباك البيانات عن غير قصد. ومع ذلك ، فقد بذلنا قصارى جهدنا للحصول على قائمة الأدوية الحديثة من المشارك أو أحد أفراد الأسرة.

10. الخلاصة

يجب على اختصاصيي إعادة التأهيل تشجيع الأشخاص بعد السكتة الدماغية على المشاركة في التدخلات الرياضية لتحسين صحة القلب والجهاز التنفسي. لقد أبلغنا عن وجود اختلافات بين الجنسين في المتغيرات القلبية الرئوية التي تم الحصول عليها من خلال اختبار التمرين مع استجابة الموارد البشرية أقل من الحد الأقصى لـ APHR ، والذي تم تعريفه على أنه 220 ناقص العمر مما يشير إلى أن الطرق الأخرى (على سبيل المثال ، تصنيف الجهد الملحوظ) قد تكون أكثر موثوقية. يجب أخذ هذه النتائج الخاصة بالجنس وضعف اللياقة البدنية في الاعتبار من قبل متخصصي إعادة التأهيل عند تطوير معلمات وصفة التمرين في إعادة التأهيل والأوضاع المجتمعية لتحسين الفوائد القلبية التنفسية المرتبطة بالتمرين. بغض النظر عن العمر ، يعاني الأفراد بعد السكتة الدماغية من انخفاض شديد وكبير في ذروة امتصاص الأكسجين. ومع ذلك ، بالنسبة للناجين من السكتة الدماغية الذين يرغبون في العودة إلى العيش المستقل أو العمل أو الأنشطة المجتمعية ، قد تكون قدرتهم الوظيفية ومشاركتهم محدودة بسبب لياقة CR. في الختام ، تشير النتائج التي توصلنا إليها إلى أن اختبار التمرين آمن للأشخاص الذين يعانون من السكتة الدماغية المزمنة وقد يكون مفيدًا في توجيه وصفة التمرين.

شكر وتقدير

تم دعم هذا العمل من قبل جمعية القلب الأمريكية (NDSG 0530208N ، BQ) المعاهد الوطنية للصحة ، NICHD K01 HD47148-05 (BQ) ورقم المنحة M01 RR023940 من المركز الوطني لمصادر البحث (NCRR) ، أحد مكونات المعاهد الوطنية الصحة (المعاهد الوطنية للصحة) (BQ ، SAB). يرغب المؤلفون في شكر Craig Harms ، والدكتوراه ، و FACSM على تعليقاته المفيدة في إعداد المخطوطات ، و Gabe Harter للمساعدة التقنية في إعداد المخطوطة.

مراجع

  1. ماكاي ليونز وجيه هيوليت ، "قدرة التمرين والتكيفات القلبية الوعائية مع التمارين الهوائية في وقت مبكر بعد السكتة الدماغية ،" موضوعات في إعادة التأهيل بعد السكتة الدماغية، المجلد. 12 ، لا. 1 ، ص 31-44 ، 2005. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  2. ك. بالمر ماكلين و ك. هاربست ، إدارة التمارين في Acsm للأشخاص الذين يعانون من الأمراض المزمنة والإعاقات، Human Kinetics Books، شامبين، الولايات المتحدة الأمريكية، الطبعة الثالثة، 2009.
  3. آر إف ماكو ، إف إم آيفي ، إل دبليو فوريستر وآخرون ، "إعادة تأهيل التمارين على جهاز المشي يحسن وظيفة الإسعاف ولياقة القلب والأوعية الدموية في المرضى الذين يعانون من السكتة الدماغية المزمنة: تجربة عشوائية محكومة ،" السكتة الدماغية، المجلد. 36 ، لا. 10، pp.2206–2211، 2005. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  4. A. Tang، K.M Sibley، S.G Thomas et al. ، "تأثيرات برنامج التمارين الهوائية على السعة الهوائية ، ومعلمات المشية الزمانية المكانية ، والقدرة الوظيفية في السكتة الدماغية تحت الحادة ،" إعادة التأهيل العصبي وإصلاح الجهاز العصبي، المجلد. 23 ، لا. 4 ، ص 398-406 ، 2009. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  5. ماكاي ليونز ول. أرشيف الطب البدني وإعادة التأهيل، المجلد. 83 ، لا. 10، pp. 1378–1383، 2002. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  6. جيه إتش ريمر ، إيه إي راورث ، إي سي وانج ، تي إل نيكولا ، وبي.هيل ، "دراسة أولية لفحص آثار التمارين الهوائية والعلاجية (غير الهوائية) على لياقة القلب والجهاز التنفسي وتقليل مخاطر الشريان التاجي لدى الناجين من السكتات الدماغية ،" أرشيف الطب البدني وإعادة التأهيل، المجلد. 90 ، لا. 3، pp.407–412، 2009. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  7. آر إف ماكو ، جي في سميث ، سي إل دوبروفولني ، جيه دي سوركين ، إيه بي جولدبيرج ، وكيه إتش سيلفر ، "يعمل التدريب على جهاز المشي على تحسين احتياطي اللياقة البدنية لدى مرضى السكتة الدماغية المزمنة ،" أرشيف الطب البدني وإعادة التأهيل، المجلد. 82 ، لا. 7، pp.879–884، 2001. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  8. G. E. Mead ، C. A. Greig ، I.Cunningham et al. ، "السكتة الدماغية: تجربة عشوائية للتمرين أو الاسترخاء ،" مجلة الجمعية الأمريكية لطب الشيخوخة، المجلد. 55 ، لا. 6 ، ص 892 - 899 ، 2007. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  9. D. H. Saunders ، C. A. Greig ، و G.E Mead ، و A. Young ، "تدريب اللياقة البدنية لمرضى السكتة الدماغية ،" قاعدة بيانات كوكران للمراجعات المنهجية، لا. 4 ، معرف المقالة CD003316 ، 2009. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  10. آر هارينجتون ، جي تايلور ، إس هولينجهورست ، إم ريد ، إتش كاي ، وف.أ.وود ، "خطة تدريب وتعليم مجتمعية للناجين من السكتة الدماغية: تجربة عشوائية وتقييم اقتصادي ،" إعادة التأهيل السريري، المجلد. 24 ، لا. 1، pp.3–15، 2010. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  11. NF Gordon و M. تمريض المجلس عن التغذية والنشاط البدني والتمثيل الغذائي ومجلس السكتة الدماغية ، " الدوران، المجلد. 109 ، لا. 16 ، ص 2031-2041 ، 2004. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  12. سي ميك ، إيه بولوك ، جي بوتر ، بي لانغورن ، "مراجعة منهجية لتجارب التمارين بعد السكتة الدماغية ،" إعادة التأهيل السريري، المجلد. 17 ، لا. 1، pp.6–13، 2003. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  13. R. F. Macko ، L. I. Katzel ، A. Yataco et al. ، "اختبار إجهاد جهاز المشي المتدرج منخفض السرعة في مرضى السكتة الدماغية نصف السكتة الدماغية ،" السكتة الدماغية، المجلد. 28 ، لا. 5، pp. 988–992، 1997. View at: Google Scholar
  14. A. Letombe ، C. Cornille ، H. Delahaye et al. ، "التكييف البدني المبكر بعد السكتة الدماغية في مرضى الفالج: دراسة أولية ،" حوليات الطب الطبيعي وإعادة التأهيل، المجلد. 53 ، لا. 10، pp.632–642، 2010. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  15. إم إي كريس وماير ، "الحد الأقصى لمستويات الأداء التطوعي والوظيفي اللازمة للاستقلالية لدى البالغين الذين تتراوح أعمارهم بين 65 و 97 عامًا ،" علاج بدني، المجلد. 83 ، لا. 1، pp.37–48، 2003. View at: Google Scholar
  16. كيلي هايز ، أ.بايزر ، س.س.كاس ، أ.سكاراموتشي ، ر. ب. داجوستينو ، ب.أ. وولف ، "تأثير الجنس والعمر على الإعاقة بعد السكتة الدماغية: دراسة فرامنغهام ،" مجلة السكتة الدماغية وأمراض الأوعية الدموية الدماغية، المجلد. 12 ، لا. 3، pp. 119–126، 2003. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  17. سي إل دوبروفولني ، إف إم آيفي ، إم إيه روجرز ، جيه دي سوركين ، آر إف ماكو ، "موثوقية اختبار تمارين جهاز المشي في المرضى الأكبر سنًا الذين يعانون من السكتة الدماغية المزمنة ،" أرشيف الطب البدني وإعادة التأهيل، المجلد. 84 ، لا. 9، pp.1308–1312، 2003. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  18. ماكاي ليونز وإل ماكريدس ، "قدرة التمرين في وقت مبكر بعد السكتة الدماغية ،" أرشيف الطب البدني وإعادة التأهيل، المجلد. 83 ، لا. 12 ، ص 1697-1702 ، 2002. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  19. آر إف ماكو ، سي إيه ديسوزا ، إل دي تريتر وآخرون ، "يقلل تدريب التمارين الهوائية على جهاز المشي من إنفاق الطاقة ومتطلبات القلب والأوعية الدموية للمشي النصفي في مرضى السكتة الدماغية المزمنة: تقرير أولي ،" السكتة الدماغية، المجلد. 28 ، لا. 2، pp.326–330، 1997. View at: Google Scholar
  20. A. Haas ، H. A. Rusk ، H. Pelosof ، و J.R Adam ، "وظيفة الجهاز التنفسي في مرضى الفالج" ، أرشيف الطب البدني وإعادة التأهيل، المجلد. 48 ، لا. 4، pp. 174–179، 1967. View at: Google Scholar
  21. B. M. Quaney ، L.A Boyd ، J.M McDowd et al. ، "التمارين الهوائية تحسن الإدراك والوظيفة الحركية بعد السكتة الدماغية ،" إعادة التأهيل العصبي وإصلاح الجهاز العصبي، المجلد. 23 ، لا. 9، pp.879–885، 2009. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  22. S. A. Billinger و B. Y. Tseng و P. M. علاج بدني، المجلد. 88 ، لا. 10، pp. 1188–1195، 2008. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  23. S. A. Billinger ، L.X. Guo ، P. S. Pohl ، and P. M. موضوعات في إعادة التأهيل بعد السكتة الدماغية، المجلد. 17 ، لا. 2، pp.128–139، 2010. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  24. ACSM ، مبادئ توجيهية لاختبار التمرين والوصفات الطبية، ليبينكوت ويليامز & # x26 ويلكينز ، فيلادلفيا ، بنسلفانيا ، الولايات المتحدة الأمريكية ، 2009.
  25. ك.إف هوساك و آر.أ.بروس ، "الحد الأقصى لوظيفة القلب لدى الرجال والنساء الطبيعيين المستقرين: مقارنة التغيرات المرتبطة بالعمر ،" مجلة علم وظائف الأعضاء التطبيقي وعلم وظائف الأعضاء البيئية والجهاز التنفسي، المجلد. 53 ، لا. 4 ، الصفحات من 799 إلى 804 ، 1982. عرض على: الباحث العلمي من Google
  26. C.R Tomczak و A. Jelani و R.G Haennel و M.J Haykowsky و R. Welsh و P. J. Manns ، "احتياطي القلب وحركية تبادل الغازات الرئوية في مرضى السكتة الدماغية" السكتة الدماغية، المجلد. 39 ، لا. 11، pp.3102–3106، 2008. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  27. S. P. Blackie ، و M. S. Fairbarn ، و N.G McElvaney ، و P.G. Wilcox ، و N.J Morrison ، و R. L. صدر، المجلد. 100 ، لا. 1، pp.136–142، 1991. View at: Google Scholar
  28. ج.ج.بلدي ، آر أرينا ، ك. سيتسما وآخرون ، "دليل الطبيب السريري لاختبار التمارين القلبية الرئوية لدى البالغين: بيان علمي من جمعية القلب الأمريكية ،" الدوران، المجلد. 122 ، لا. 2، pp.191–225، 2010. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  29. J. Myers ، R. Arena ، R. B. أوليفيرا وآخرون ، "أدنى VE / VCO2 النسبة أثناء التمرين كمؤشر للنتائج في مرضى قصور القلب ، " مجلة فشل القلب، المجلد. 15 ، لا. 9 ، ص 756-762 ، 2009. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  30. روث ، "أمراض القلب لدى مرضى السكتة الدماغية: الحدوث ، والأثر ، والآثار المترتبة على إعادة التأهيل. الجزء 1: التصنيف والانتشار " أرشيف الطب البدني وإعادة التأهيل، المجلد. 74 ، لا. 7 ، الصفحات 752-760 ، 1993. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  31. S. T. Sutbeyaz ، F. Koseoglu ، L. Inan ، و O. Coskun ، "يعمل تدريب العضلات التنفسية على تحسين وظائف القلب والرئة وتحمل التمارين في الأشخاص المصابين بالسكتة الدماغية تحت الحادة: تجربة عشوائية محكومة ،" إعادة التأهيل السريري، المجلد. 24 ، لا. 3، pp.240–250، 2010. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  32. آر بريتو ، إن آر ريزيندي ، ك سي مارينهو ، جيه إل توريس ، في إف باريرا ، وإل إف تيكسيرا سالميلا ، "تدريب عضلي ملهم للناجين من السكتة الدماغية المزمنة: تجربة عشوائية محكومة ،" أرشيف الطب البدني وإعادة التأهيل، المجلد. 92 ، لا. 2، pp. 184–190، 2011. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  33. A. S. Ryan ، و C.L Dobrovolny ، و G.V.Smith ، و K.H. Silver ، و R.F Macko ، "ضمور العضلات النصفي وزيادة الدهون العضلية في مرضى السكتة الدماغية ،" أرشيف الطب البدني وإعادة التأهيل، المجلد. 83 ، لا. 12، pp.1703–1707، 2002. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  34. S. A. Billinger ، و B. J. Gajewski ، و L.X. Guo ، و P. M. السكتة الدماغية، المجلد. 40 ، لا. 9 ، ص 3086-3090 ، 2009. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  35. إف إم آيفي ، إيه دبليو. أمراض الأوعية الدموية الدماغية، المجلد. 18 ، لا. 4، pp.283–289، 2004. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  36. إف إم آيفي ، سي إي هافر ماكو ، إيه إس رايان ، وآر إف ماكو ، "ضعف وظيفة توسيع الأوعية الدموية في الساق بعد السكتة الدماغية: التكيفات مع التدريب على التمارين الرياضية ،" السكتة الدماغية، المجلد. 41 ، لا. 12 ، ص 2913-2917 ، 2010. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  37. A. Tang ، K.M Sibley ، S.G Thomas ، W.E McIlroy ، and D. Brooks ، "نتائج اختبار التمرين القصوى في السكتة الدماغية تحت الحاد ،" أرشيف الطب البدني وإعادة التأهيل، المجلد. 87 ، لا. 8، pp. 1100–1105، 2006. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  38. J. S. Yates ، S. Studenski ، S. Gollub et al. ، "قياس الجهد للدراجات في الناجين من السكتة الدماغية تحت الحاد: الجدوى ، والسلامة ، وأداء التمارين ،" مجلة الشيخوخة والنشاط البدني، المجلد. 12 ، لا. 1 ، الصفحات من 64 إلى 74 ، 2004. عرض على: الباحث العلمي من Google
  39. "إرشادات أفضل الممارسات لتطوير خدمات التمارين بعد السكتة الدماغية في إعدادات المجتمع ،" بيان صحفي ، 2010. عرض على: الباحث العلمي من Google
  40. K. Michael ، A. P. Goldberg ، M. S. Treuth ، J. Beans ، P. Normandt ، and R.F Macko ، "النشاط البدني التكيفي التقدمي في السكتة الدماغية يحسن التوازن والمشي واللياقة: النتائج الأولية ،" موضوعات في إعادة التأهيل بعد السكتة الدماغية، المجلد. 16 ، لا. 2، pp. 133–139، 2009. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل

حقوق النشر

حقوق النشر & # xa9 2012 Sandra A. Billinger et al. هذا مقال مفتوح الوصول يتم توزيعه بموجب ترخيص Creative Commons Attribution License ، والذي يسمح بالاستخدام غير المقيد والتوزيع والاستنساخ في أي وسيط ، بشرط الاستشهاد بالعمل الأصلي بشكل صحيح.


الأخطبوطات

في يوم دافئ غير متوقع في منتصف شهر مارس ، سافرت من نيو هامبشاير إلى الملاذ الرطب والقاتم في نيو إنجلاند أكواريوم ، على أمل أن أتطرق إلى واقع بديل. جئت لمقابلة أخطبوط المحيط الهادي العملاق الذي يبلغ وزنه 40 رطلاً وطوله خمسة أقدام ويبلغ من العمر عامين ونصف.

بالنسبة لي ، كانت مناسبة بالغة الأهمية. لطالما أحببت الأخطبوطات. لا يوجد أجنبي خيال علمي غريب جدًا. هنا شخص ما ، حتى لو نمت إلى مائة رطل وتمتد أكثر من ثمانية أقدام ، لا يزال بإمكانها الضغط على جسدها بدون عظم من خلال فتحة بحجم برتقالة حيوان ذراعيه الثمانية مغطاة بآلاف من المصاصون التي تتذوقها أيضًا كما يشعر الرخويات بمنقارها مثل الببغاء والسم مثل الأفعى واللسان مغطى بالأسنان مخلوق يمكنه تغيير الشكل وتغيير اللون وسخّ الحبر. لكن الأمر الأكثر إثارة للاهتمام هو أن الأبحاث الحديثة تشير إلى أن الأخطبوطات ذكية بشكل ملحوظ.

لقد وقفت في كثير من الأحيان مفتونًا بخزان مائي ، أتساءل ، بينما كنت أحملق في التلاميذ الأفقيين لعيون الأخطبوط الكبيرة والبارزة ، إذا كانت تحدق بي مرة أخرى - وإذا كان الأمر كذلك ، فما الذي كانت تفكر فيه؟

منذ وقت ليس ببعيد ، كان سؤال مثل هذا سيبدو أحمق ، إن لم يكن مجنونًا. كيف يمكن للأخطبوطأعرفأي شيء ، ناهيك عن تشكيل رأي؟ الأخطبوطات هي ، في النهاية ، من اللافقاريات "فقط" - فهي لا تنتمي حتى إلى الحشرات ، التي يبدو أن بعضها ، مثل اليعسوب وخنافس الروث ، يظهر على الأقل بعض الذكاء. تصنف الأخطبوط ضمن اللافقاريات في عائلة الرخويات ، والعديد من الرخويات ، مثل المحار ، ليس لها دماغ.

في الآونة الأخيرة فقط منح العلماء الشمبانزي ، المرتبط ارتباطًا وثيقًا بالبشر ، يمكننا مشاركة عمليات نقل الدم ، وكرامة امتلاك عقل.ولكن الآن ، وبشكل متزايد ، فإن الباحثين الذين يدرسون الأخطبوطات مقتنعون بأن هذه الحيوانات الغريبة الخالية من العظم - المخلوقات التي اختلف أسلافها عن النسب الذي قادنا إلى ما يقرب من 500 إلى 700 مليون سنة - طورت ذكاءً وعواطفًا وشخصيات فردية. تتحدى النتائج التي توصلوا إليها فهمنا للوعي نفسه.

لطالما اشتقت للقاء أخطبوط. كانت فرصتي الآن: رتب كبير علماء الأحياء المائية سكوت دود مقدمة. في غرفة خلفية ، سيفتح الجزء العلوي من دبابة أثينا. إذا وافقت ، يمكنني أن ألمسها. كان الغطاء الثقيل الذي يغطي دبابتها يفصل بين عالمينا. عالم واحد كان لي وعالمك ، واقع الهواء والأرض ، حيث نقطع الخشب من خلال الحياة التي يحكمها العمود الفقري ومقيدة بأطراف مفصلية والجاذبية. العالم الآخر كان لها ، واقع شبه هلامي يتنفس الماء ويتحرك بلا وزن من خلاله. نحن نفكر في عالمنا على أنه عالم "حقيقي" ، لكن أثينا ما زالت أكثر واقعية: بعد كل شيء ، معظم العالم عبارة عن محيطات ، وتعيش معظم الحيوانات هناك. بغض النظر عما إذا كانت تعيش على الأرض أو الماء ، فإن أكثر من 95 في المائة من جميع الحيوانات من اللافقاريات ، مثل أثينا.

في اللحظة التي غلق فيها الغطاء ، وصلنا لبعضنا البعض. كانت قد نزلت بالفعل من الزاوية البعيدة من مخبأها ، حيث كانت مختبئة ، إلى أعلى الخزان للتحقيق مع زائرها. كانت أذرعها الثمانية مغلية ، ملتوية ، زلقة ، لتلتقي بذراعي. لقد أغرقت كوعى ذراعي بعمق في الماء الذي تبلغ درجة حرارته 57 درجة. تمايل رأس أثينا بحجم البطيخ إلى السطح. عينها اليسرى (الأخطبوط لها عين مهيمنة مثل يد الإنسان المهيمنة) تدور في محجرها لتلتقي بعيني. قال دود: "إنها تنظر إليك".

بينما كنا نحدق في عيني بعضنا البعض ، أحاطت أثينا بذراعيها ، وأمضت العشرات من الأوائل ، ثم المئات من مصاصيها الحساسين والبراعين. كل ذراع لديه أكثر من مائتي منهم. وجد عالم الطبيعة والمستكشف الشهير ويليام بيب أن لمسة الأخطبوط مثيرة للاشمئزاز. اعترف: "لدي صراع دائمًا قبل أن أجعل يدي تؤدي واجبها وأمسك مجسات". لكن بالنسبة لي ، شعرت مصاصو أثينا وكأنهم قبلة أجنبي - في آن واحد مسبار ومداعبة. على الرغم من أن الأخطبوط يمكن أن يتذوق بكل جلده ، إلا أنه في المصاصين يتطور كل من الذوق واللمس بشكل رائع. كانت أثينا تتذوقني وتشعر بي في الحال ، وهي تعرف بشرتي ، وربما الدم والعظام تحتها ، بطريقة لم أستطع أن أفهمها أبدًا.

عندما ضغطت على رأسها الناعم بأطراف أصابعي ، غيرت لونها تحت لمستي ، وأصبح جلدها المرقط بالياقوت أبيض وناعم. علمت أن هذا علامة على استرخاء الأخطبوط. يتحول لون أخطبوط عملاق هائج إلى اللون الأحمر ، ويصاب جلده ببثور ، وينصب حليمتين على عينيه ، والتي يقول بعض الغواصين إنها تشبه القرون. اسم واحد لهذه الأنواع هو "سمكة الشيطان". مع مناقير حادة تشبه الببغاء ، يمكن أن تعض الأخطبوطات ، ومعظمها يحتوي على سم عصبي يذوب اللحم. يمكن أن يؤدي الضغط الناتج عن مصاصي الأخطبوط إلى تمزيق اللحم (حسب أحد العلماء أن كسر قبضة الأخطبوط الشائع الأصغر كثيرًا يتطلب ربع طن من القوة). أحد المتطوعين الذين تفاعلوا مع أخطبوط غادر الحوض وأذرعهم مغطاة بالهيكي الأحمر.

من حين لآخر ، يأخذ الأخطبوط كراهية لشخص ما. شعر ترومان ، أحد أسلاف أثينا في الأكواريوم ، بهذه الطريقة تجاه متطوعة. باستخدام قمعه ، كان السيفون بالقرب من جانب الرأس يستخدم للتدفق عبر البحر ، كان ترومان يطلق مجرى مغمورًا من المياه المالحة على هذه المرأة الشابة كلما سنحت له الفرصة. في وقت لاحق ، استقالت من منصبها التطوعي للكلية. لكن عندما عادت للزيارة بعد عدة أشهر ، ألقى ترومان ، الذي لم يضغط على أي شخص في هذه الأثناء ، نظرة واحدة عليها ونقعها على الفور مرة أخرى.

كانت أثينا لطيفة معي بشكل ملحوظ - حتى عندما بدأت في نقل قبضتها من مصاصاتها الخارجية الأصغر إلى الأكبر. بدت وكأنها تسحبني ببطء ولكن بثبات إلى خزانها. لو كانت كبيرة بما يكفي لاستيعاب جسدي ، لكنت دخلت طواعية. لكن في هذه المرحلة ، سألت دود عما إذا كان يجب أن أحاول الانفصال عن بعض المصاصون. بمساعدته ، انفصلت أنا وأثينا برفق.

تشرفت بأنها بدت مرتاحة معي. لكن ما الذي عرفته عني وأخبرها برأيها؟ عندما نظرت أثينا في عيني ، ماذا كانت تفكر؟


بينما كانت ALEXA WARBURTON تبحث في أطروحتها العليا في مختبر الأخطبوط الذي تم إنشاؤه حديثًا في كلية ميدلبري ، "كان كل يوم ،" كما قالت ، "كارثة".

كانت تعمل مع نوعين: البقعة في كاليفورنيا ، برأس بحجم كليمنتين ، والأنواع الأصغر ، فلوريدا ،الأخطبوط جوبيني. كان هدفها دراسة سلوك الأخطبوطات في متاهة على شكل حرف T. لكن مواضيع دراستها كانت تحبطها باستمرار.

كانت المشكلة الأولى هي إبقاء الأخطبوطات على قيد الحياة. تم تقسيم الخزان سعة أربعمائة جالون إلى مقصورات منفصلة لكل حيوان. ولكن على الرغم من ضرب الطلاب بالفواصل ، وجدت الأخطبوطات طرقًا للحفر تحتها - وأكل بعضها البعض. أو يتزاوجان ، وهو أمر قاتل بنفس القدر. تموت الأخطبوط بعد التزاوج ووضع البيض ، لكنهم يصابون في البداية بالشيخوخة ، ويتصرفون مثل الشخص المصاب بالخرف. قال واربورتون: "إنهم يسبحون في حلقة دائرية في الدبابة ، يبدون جميعًا متيقظين ، لن ينظروا في عينيك أو يهاجمون الفريسة". زحف أحد الأخطبوط الخرف خارج الخزان ، وضغط في صدع في الجدار ، وجف ، ومات.

بدا لواربيرتون أن بعض الأخطبوطات كانت غير متعاونة عن قصد. لتشغيل متاهة T ، كان على طالب الطب البيطري أن يأخذ حيوانًا من خزانه بشبكة وينقله إلى دلو. مع دلو مغطى بإحكام ، كان الأخطبوط والباحث يأخذان المصعد إلى الغرفة مع المتاهة. لم تحب بعض الأخطبوطات إزالتها من خزاناتها. سوف يختبئون. كانوا يضغطون في زاوية حيث لا يمكن إخراجهم. كانوا يحتفظون ببعض الأشياء بأذرعهم ولا يتركونها.

سيسمح البعض بأنفسهم ، فقط لاستخدام الشبكة كترامبولين. كانوا يقفزون من على الشبكة إلى الأرض - ثم يركضون للحصول عليها. نعم،يركض. قال واربورتون: "كنت تطاردهم تحت الدبابة ، ذهابًا وإيابًا ، كما لو كنت تطارد قطة". "انه كذلكعجيب!”

الأخطبوط في الأسر يهرب في الواقع من عبواته المائية بتردد ينذر بالخطر. أثناء التنقل ، تم اكتشافها على السجاد ، وعلى طول أرفف الكتب ، وفي إبريق الشاي ، وداخل خزانات أحواض الأسماك للأسماك الأخرى - التي كانوا يأكلون عليها عادة.

على الرغم من أن أخطبوطات ميدلبري كانت عرضة للكوارث ، إلا أن واربورتون أحب بعض الأفراد كثيرًا. وقالت إن بعضهم "يرفعون أذرعهم من الماء مثل الكلاب تقفز لتحيتك". على الرغم من أن الطلاب يشيرون في أوراقهم البحثية إلى كل أخطبوط برقم ، إلا أن الطلاب قاموا بتسميتهم جميعًا. واحدة منjoubiniكانت هذه مشكلة أطلقوا عليها اسم The Bitch. قال واربورتون: "كان اصطيادها من أجل المتاهة يستغرق دائمًا عشرين دقيقة". "كانت تمسك بشيء ما ولا تتركه. بمجرد أن علقت في مرشح ولم نتمكن من إخراجها. كان مروعا!"

ثم كان هناك ويندي. استخدمت Warburton Wendy كجزء من عرض أطروحتها ، وهو حدث رسمي تم تصويره بالفيديو. أولًا ، قامت ويندي برش الماء المالح عليها ، وهي تغرق بدلتها اللطيفة. بعد ذلك ، عندما حاول Warburton إظهار كيفية استخدام الأخطبوطات لمتاهة T ، انطلق ويندي إلى قاع الخزان واختبأ في الرمال. يقول واربورتون إن الكارثة بأكملها حدثت لأن الأخطبوط أدرك مقدمًا ما سيحدث. قالت: "ويندي ، لم تشعر وكأنها محاصرة في الشبكة".

أظهرت البيانات المستمدة من تجارب Warburton أن النقطتين في كاليفورنيا تعلما بسرعة أي جانب من متاهة T يوفر وعاء تيرا كوتا للاختباء فيه. لكن Warburton تعلمت أكثر بكثير مما كشفت عنه تجارتها. "العلم" ، كما تقول ، "لا يمكنه إلا أن يقول الكثير. أنا أعلم أنهم شاهدوا لي. أعلم أنهم كانوا يتبعونني أحيانًا. لكنهم مختلفون تمامًا عن أي شيء ندرسه عادةً. كيف تثبت ذكاء شخص مختلف تمامًا؟ "


قياس عقول المخلوقات الأخرى مشكلة محيرة. أحد المعايير التي يستخدمها العلماء هو حجم الدماغ ، لأن أدمغة البشر كبيرة. لكن الحجم لا يتطابق دائمًا مع الذكاء. كما هو معروف في الإلكترونيات ، يمكن تصغير أي شيء. كان حجم الدماغ الصغير هو الدليل الذي استخدم في السابق للقول بأن الطيور كانت غبية - قبل أن تثبت ذكاء بعض الطيور بما يكفي لتأليف الموسيقى ، واختراع خطوات الرقص ، وطرح الأسئلة ، والرياضيات.

تمتلك الأخطبوطات أكبر أدمغة من أي لافقاريات. حجم أثينا هو حجم حبة الجوز - بحجم عقل الببغاء الأفريقي الرمادي الشهير ، أليكس ، الذي تعلم استخدام أكثر من مائة كلمة منطوقة بشكل مفيد. هذا أكبر نسبيًا من أدمغة معظم الديناصورات الأكبر.

مقياس آخر للذكاء: يمكنك عد الخلايا العصبية. الأخطبوط الشائع لديه حوالي 130 مليون منهم في دماغه. الإنسان لديه 100 مليار. لكن هذا هو المكان الذي تصبح فيه الأشياء غريبة. ثلاثة أخماس الخلايا العصبية للأخطبوط ليست في الدماغ فهي بين ذراعيه.

يقول بيتر جودفري سميث ، الغواص ، أستاذ الفلسفة في مركز الدراسات العليا بجامعة مدينة نيويورك ، والمعجب بالأخطبوط: "يبدو الأمر كما لو أن كل ذراع لها عقل خاص بها". على سبيل المثال ، اكتشف الباحثون الذين قطعوا ذراع الأخطبوط (والتي يمكن للأخطبوط أن ينمو) أن الذراع لا تزحف فقط من تلقاء نفسها ، ولكن إذا قابلت الذراع عنصرًا غذائيًا ، فإنها تستولي عليها — وتحاول تمريرها إلى حيث سيكون الفم إذا كانت الذراع لا تزال متصلة بجسمها.

كتب غودفري سميث: "لقاء الأخطبوط يشبه مقابلة أجنبي ذكي." يتضمن ذكائهم أحيانًا تغيير الألوان والأشكال. يُظهر أحد مقاطع الفيديو على الإنترنت أخطبوطًا مقلدًا يتحول بالتناوب إلى سمكة مفلطحة والعديد من الثعابين البحرية وسمك الأسد من خلال تغيير لونه وتغيير نسيج جلده وتغيير موضع جسمه. يظهر مقطع فيديو آخر أخطبوطًا يتكون من كتلة من الطحالب. يتطابق جلدها تمامًا مع الطحالب التي يبدو أنها تتفتح منها - حتى تسبح بعيدًا.

بالنسبة للوحة ألوانه ، يستخدم الأخطبوط ثلاث طبقات من ثلاثة أنواع مختلفة من الخلايا بالقرب من سطح الجلد. تعكس الطبقة الأعمق ضوء الخلفية بشكل سلبي. قد يحتوي الجزء العلوي على الألوان الأصفر والأحمر والبني والأسود. تُظهر الطبقة الوسطى مجموعة من درجات الأزرق والأخضر والذهبي المتلألئة. لكن كيف يقرر الأخطبوط أي حيوان سيقلده ، وما الألوان التي يجب أن يتحول إليها؟ ليس لدى العلماء أي فكرة ، خاصة بالنظر إلى احتمال وجود الأخطبوطاتعمى الالوان.

لكن أدلة جديدة تشير إلى احتمال مذهل. وجد المختبر البيولوجي البحري وودز هول وجامعة واشنطن أن جلد الحبارأوفيسيناليس البني الداكن، ابن عم الأخطبوط المتغير اللون ، يحتوي على تسلسلات جينية يتم التعبير عنها عادة فقط في شبكية العين الحساسة للضوء. بعبارة أخرى ، قد تكون رأسيات الأرجل - الأخطبوطات والحبار والحبار - قادرة على الرؤية بجلدها.

كتب الفيلسوف الأمريكي توماس ناجل ذات مرة ورقة بحثية مشهورة بعنوان "ما هو شعورك أن تكون خفاشًا؟" تستطيع الخفافيش الرؤية بالصوت. مثل الدلافين ، يمكنهم تحديد موقع فرائسهم باستخدام الصدى. خلص ناجل إلى أنه من المستحيل معرفة ما يعنيه أن تكون خفاشًا. والخفاش هو زميل من الثدييات مثلنا - وليس شخصًا يتذوق مع مصاصاته ويرى بجلده ويمكن أن تتجول أذرعه المقطوعة ، ولكل منها عقل خاص به. ومع ذلك ، لا يزال هناك باحثون يعملون بجد لفهم ما يعنيه أن يكون الأخطبوط.


أمضت جينيفر معظم وقتها في برمودا وهي تطفو ووجهها لأسفل على سطح الماء عند حافة البحر. كانت تتنفس من خلال أنبوب التنفس ، كانت تراقبالأخطبوط الشائع—الأخطبوط الشائع. على الرغم من أنها شائعة بالفعل (توجد في المياه الاستوائية والمعتدلة في جميع أنحاء العالم) ، في وقت دراستها في منتصف الثمانينيات ، "لم يكن أحد يعرف ما كانوا يفعلونه."

في تتابع مع طلاب آخرين من السادسة والنصف صباحًا حتى السادسة والنصف مساءً ، عمل ماذر لمعرفة ذلك. في بعض الأحيان كانت ترى أخطبوط يصطاد. قد تستغرق رحلة الصيد خمس دقائق أو ثلاث ساعات. يلتقط الأخطبوط شيئًا ما ، ويحقنه بالسم ، ويحمله إلى المنزل ليأكل. وجد ماذر أن "المنزل" هو المكان الذي تقضي فيه الأخطبوطات معظم وقتها. المنزل ، أو العرين ، الذي قد يشغله الأخطبوط بضعة أيام فقط قبل الانتقال إلى منزل جديد ، هو المكان الذي يمكن فيه للأخطبوط الخالي من الصدفة أن يختبئ بأمان: ثقب في صخرة ، أو صدفة مهملة ، أو حجيرة صغيرة في سفينة غارقة. أحد الأنواع ، وهو الأخطبوط الأحمر في المحيط الهادئ ، يحب بشكل خاص أن ينكر في زجاجات البيرة الزجاجية القصيرة ذات اللون البني.

كان أحد الأخطبوط الذي كان يشاهده ماذر قد عاد لتوه إلى المنزل وكان ينظف مقدمة العرين بذراعيه. ثم ، فجأة ، غادر العرين ، وزحف على بعد متر واحد ، والتقط صخرة معينة ووضع الصخرة أمام العرين. بعد دقيقتين ، غامر الأخطبوط باختيار صخرة ثانية. ثم اختارت ثالثا. قام الأخطبوط بإرفاق المصاصين بجميع الصخور ، وحمل الحمولة إلى المنزل ، وانزلق عبر فتحة العرين ، ورتب العناصر الثلاثة الموجودة في المقدمة بعناية. ثم ذهب للنوم. ما كان يفكر فيه الأخطبوط بدا واضحًا: "ثلاثة صخور كافية. مساء الخير!"

بقي المشهد مع ماذر. قالت ، "لابد أن الأخطبوط كان لديه فكرة ما عما يريد أن يجعل نفسه يشعر بالأمان الكافي لينام." وعرف الأخطبوط كيفية الحصول على ما يريد: من خلال توظيف البصيرة والتخطيط وربما حتى استخدام الأدوات. ماذر هو المؤلف الرئيسي لالأخطبوط: اللافقاريات الذكية للمحيط، والذي يتضمن ملاحظات الأخطبوطات التي تفكك مجموعات Lego وفتح البرطمانات اللولبية. أفاد المؤلف المشارك رولاند أندرسون أن الأخطبوطات تعلمت حتى فتح الأغطية المقاومة للأطفال على زجاجات حبوب منع الحمل ذات القوة الإضافية من تايلينول - وهو إنجاز يراوغ العديد من البشر الحاصلين على شهادات جامعية.

في تجربة أخرى ، أعطى أندرسون زجاجات حبوب بلاستيكية من الأخطبوط مطلية بدرجات مختلفة وبقوام مختلف لمعرفة أيها يثير المزيد من الاهتمام. عادةً ما يمسك كل أخطبوط بزجاجة ليرى ما إذا كانت صالحة للأكل ثم يلقي بها. ولكن لدهشته ، رأى أندرسون إحدى الأخطبوطات تفعل شيئًا مذهلاً: كانت تنفخ نفاثات ماء معدلة بعناية من قمعها لإرسال الزجاجة إلى الطرف الآخر من حوض السمك الخاص بها ، حيث أعادها تدفق المياه إليها. كررت الفعل عشرين مرة. بحلول المرة الثامنة عشرة ، كان أندرسون قد تحدث بالفعل على الهاتف مع ماذر وأخبره: "إنها ترتد الكرة!"

لم يكن هذا الأخطبوط الوحيد الذي استخدم الزجاجة كلعبة. كما قام أخطبوط آخر في الدراسة بإطلاق الماء على الزجاجة ، وإرساله ذهابًا وإيابًا عبر سطح الماء ، بدلاً من الدوران في الخزان. تم الإبلاغ عن ملاحظات أندرسون فيمجلة علم النفس المقارن.قال أندرسون: "هذا يناسب جميع معايير السلوك المسرحي". "الحيوانات الذكية فقط هي التي تلعب - حيوانات مثل الغربان والشمبانزي والكلاب والبشر."

يشعر علماء الأحياء المائية الذين يهتمون بالأخطبوطات أن هذه الحيوانات لا تستطيع اللعب بالألعاب فحسب ، بل قد تحتاج إلى اللعب بالألعاب. انكتيب تخصيب الأخطبوطتم تطويره بواسطة Newport Aquarium في سينسيناتي ، مع أفكار حول كيفية الحفاظ على هذه المخلوقات مسلية. أحد الاقتراحات هو إخفاء الطعام داخل مستر بوتيتو هيد وترك الأخطبوط يفككه. في سياتل أكواريوم ، تلعب أخطبوطات المحيط الهادئ العملاقة كرة بلاستيكية بحجم كرة البيسبول يمكن ربطها ببعضها البعض عن طريق لف النصفين. في بعض الأحيان تقوم الرخويات بربط النصفين معًا بعد تناول الفريسة بالداخل.

في New England Aquarium ، تطلب الأمر مهندسًا عمل على تصميم مكعب الزركونيوم لابتكار أحجية جديرة بالدماغ مثل أثينا. ابتكر ويلسون ميناشي ، الذي بدأ التطوع في الأكواريوم أسبوعيًا بعد تقاعده من شركة آرثر دي ليتل كوربوريشن قبل ستة عشر عامًا ، سلسلة من ثلاثة مكعبات زجاجية ، لكل منها مزلاج مختلف. يحتوي أصغر مكعب على مزلاج منزلق يلتف ليغلق ، مثل الترباس على كشك الحصان. يضع Aquarist Bill Murphy سلطعونًا داخل المكعب الصافي ويترك الغطاء مفتوحًا. في وقت لاحق ترك الأخطبوط يرفع الغطاء ويفتح الغطاء. أخيرًا يغلق الغطاء ، ويحدد الأخطبوط دائمًا كيفية فتحه.

بعد ذلك ، أقفل المكعب الأول داخل المكعب الثاني. ينزلق المزلاج الجديد عكس اتجاه عقارب الساعة ليلتقط قوسًا. الصندوق الثالث هو الأكبر ، مع قفلين مختلفين: مسمار ينزلق إلى موضعه ليغلق ، والآخر مثل ذراع الرافعة ، يغلق الغطاء تمامًا مثل الجزء العلوي من وعاء تعليب زجاجي قديم الطراز.

كل الأخطبوطات التي عرفها مورفي تعلمت بسرعة. عادة ما يتقنوا الصندوق خلال محاولتين أو ثلاث محاولات مرة واحدة في الأسبوع. يقول: "بمجرد أن" يحصلوا عليه ، يمكنهم فتحه بسرعة كبيرة "- في غضون ثلاث أو أربع دقائق. لكن قد يستخدم كل منها استراتيجية مختلفة.

جورج ، الأخطبوط الهادئ ، فتح الصناديق بطريقة منهجية. ضغطت Gwenevere المتهورة على ثاني أكبر صندوق بقوة لدرجة أنها كسرته ، تاركة حفرة بعرض بوصتين. قال مورفي إن ترومان كان "انتهازيًا". في أحد الأيام ، داخل الصندوق الأصغر من الصندوقين ، وضع مورفي اثنين من السرطانات ، وبدأت في القتال. كان ترومان متحمسًا جدًا لعناء الأقفال. سكب جسده الذي يبلغ طوله سبعة أقدام من خلال الشق الذي صنعه جوينفيري البالغ طوله بوصتين ، ونظر الزائرون في معرضه ليجدوا الأخطبوط العملاق مضغوطًا ، وممتصًا مسطحًا ، في المساحة الصغيرة بين جدران الصندوق ذي الأربعة عشر بوصة المكعبة خارج وستة بوصات مكعبة بداخله. بقي ترومان في الداخل نصف ساعة. لم يفتح الصندوق الداخلي أبدًا - ربما كان ضيقًا جدًا.

بعد ثلاثة أسابيع من لقائي الأول مع أثينا ، عدت إلى حوض السمك لمقابلة الرجل الذي صمم المكعبات. ميناشي ، وهو جد هادئ ذو شارب أسود ، يتطوع كل يوم ثلاثاء. قال لي دود ومورفي: "لديه طريقة حقيقية مع الأخطبوطات". كنت أتوق لرؤية كيف تتصرف أثينا معه.

فتحت مورفي غطاء دبابتها ، وصعدت أثينا إلى السطح بفارغ الصبر. جلس في الجوار دلو به حفنة من الأسماك. هل نهضت بفارغ الصبر مستشعرة بالطعام؟ أم أن منظر صديقتها هو ما جذبها؟ أجاب ميناشي بهدوء: "إنها تعرفني".

أثبتت تجارب أندرسون مع أخطبوطات المحيط الهادئ العملاقة في سياتل صحة ميناشي. كشفت الدراسة عن ثمانية أخطبوطات لشخصين غير مألوفين ، يرتديان قمصانًا زرقاء متطابقة. شخص واحد يطعم أخطبوطًا باستمرار ، وآخر يلمسه دائمًا بعصا خشنة. في غضون أسبوع ، للوهلة الأولى للناس ، تحركت معظم الأخطبوطات نحو المغذيات وبعيدًا عن المثيرات ، التي صوبوا عليها أحيانًا مسارات إطلاق المياه.

عند رؤية ميناشي ، رفعت أثينا بلطف وأمسك بيديه وذراعيه.انقلبت رأسًا على عقب ، ووضع الكبلين في بعض المصاصات بالقرب من فمها ، في منتصف ذراعيها. اختفت الأسماك. بعد أن أكلت أثينا ، طفت في الخزان رأسًا على عقب ، مثل جرو يطلب فرك بطنه. التواء ذراعيها كسول. أخذت واحدة في يدي لأشعر بالمصاصين - هل عرفت تلك الذراع أنها تحمل شخصًا مختلفًا عن الأذرع الأخرى؟ شعرت بقبضتها بالهدوء والاسترخاء. بدت معي ، في وقت سابق ، مرحة ، استكشافية ، متحمسة. بدت لي الطريقة التي تمسك بها ميناشي مع مصاصيها مثل الطريقة التي يمسك بها زوجان متزوجان منذ فترة طويلة في السينما.

انحنيت فوق الخزان للنظر مرة أخرى في عينيها ، وتمايلت لتعود بنظري. قال ميناشي: "لديها جفون مثل الإنسان". أدخل يده برفق بالقرب من إحدى عينيها ، مما جعلها تغمز ببطء.


لقد لاحظ علماء الأحياء منذ فترة طويلة أوجه التشابه بين عيون الأخطبوط وعين الإنسان. وصفها عالم الحيوان الكندي ن.جيه.بيريل بأنها "الميزة الوحيدة الأكثر إثارة للإعجاب في مملكة الحيوان بأكملها" أن هذه الأعضاء متطابقة تقريبًا: فعيون الحيوانين لها قرنيات شفافة ، وتنظم الضوء بأغشية القزحية ، وعدسات التركيز بحلقة من العضلات.

يناقش العلماء حاليًا ما إذا كنا نحن والأخطبوط قد طورنا أعيننا بشكل منفصل ، أو ما إذا كان السلف المشترك يمتلك مقومات العين. لكن الذكاء مسألة أخرى. يقول ماذر: "الشيء نفسه الذي جعلهم أذكياء ليس هو الشيء نفسه الذي جعلنا أذكياء ، لأن أسلافنا لم يكن لديهما أي ذكاء." قبل نصف مليار سنة ، كان أكثر الأشياء ذكاءً على هذا الكوكب لا يحتوي إلا على عدد قليل من الخلايا العصبية. تطور الأخطبوط والذكاء البشري بشكل مستقل.

كتب الفيلسوف غودفري سميث أن "الأخطبوطات هي تجربة منفصلة في تطور العقل". وهذا ، كما يشعر ، هو ما يجعل دراسة عقل الأخطبوط مثيرة للاهتمام من الناحية الفلسفية.

ربما تطور عقل الأخطبوط والعقل البشري لأسباب مختلفة. البشر - مثل الفقاريات الأخرى التي نتعرف على ذكائها (الببغاوات والفيلة والحيتان) - كائنات اجتماعية طويلة العمر. يتفق معظم العلماء على أن الحدث المهم الذي أدى إلى ازدهار ذكائنا كان عندما بدأ أسلافنا يعيشون في مجموعات اجتماعية. كان فك شفرة العلاقات الدقيقة العديدة بين زملائنا وتطويرها ، وتتبع هذه العلاقات المتغيرة على مدار العقود العديدة من عمر الإنسان النموذجي ، بالتأكيد قوة رئيسية في تشكيل أذهاننا.

لكن الأخطبوطات ليست طويلة العمر ولا اجتماعية. ربما تعيش أثينا ، للأسف ، بضعة أشهر فقط - العمر الطبيعي لأخطبوط عملاق في المحيط الهادئ هو ثلاث سنوات فقط. إذا أضاف الحوض أخطبوطًا آخر إلى حوضه ، فقد يأكل المرء الآخر. باستثناء التزاوج ، فإن معظم الأخطبوطات لا علاقة لها بالآخرين من نوعها.

فلماذا الأخطبوط ذكي جدًا؟ ما هو عقلهال؟ ماذر تعتقد أن لديها الجواب. إنها تعتقد أن الحدث الذي دفع الأخطبوط نحو الذكاء كان فقدان قوقعة الأجداد. أدى فقدان القشرة إلى تحرير الأخطبوط من الحركة. الآن لم يكونوا بحاجة إلى انتظار الطعام للعثور عليهم يمكنهم اصطيادهم مثل النمور. وبينما تحب معظم الأخطبوطات السلطعون أكثر من غيرها ، فإنها تصطاد وتأكل عشرات الأنواع الأخرى - تتطلب كل واحدة منها استراتيجية صيد مختلفة. قد يتطلب كل حيوان تصطاده مجموعة مهارات مختلفة: هل ستقوم بتمويه نفسك لهجوم مطاردة وكمين؟ اطلاق النار عبر البحر لمطاردة سريعة؟ أو الزحف خارج الماء لالتقاط الفريسة الهاربة؟

كان فقدان الغلاف الواقي بمثابة مقايضة. أي شيء كبير بما يكفي لأكل الأخطبوط سيفي بالغرض. يتطلب كل نوع من الحيوانات المفترسة أيضًا استراتيجية تهرب مختلفة - بدءًا من التلوين التحذيري الوامض إذا كان المهاجم عرضة للسم ، إلى تغيير اللون والشكل إلى التمويه ، إلى تقوية باب منزلك بالحجارة.

مثل هذا الذكاء ليس دائمًا واضحًا في المختبر. يشير ماذر: "في المختبر ، تعطي الحيوانات هذا الموقف ، وتتفاعل". لكن في البرية ، "يكتشف الأخطبوط بيئته بنشاط ، ولا ينتظر أن يضربه. يتخذ الحيوان قرارًا بالخروج والحصول على المعلومات ، ويكتشف كيفية الحصول على المعلومات ، ويجمعها ، ويستخدمها ، ويخزنها. هذا له علاقة كبيرة بالوعي ".

إذن ما هو شعورك عندما تكون أخطبوطًا؟ أعطى الفيلسوف جودفري سميث هذا قدرًا كبيرًا من التفكير ، خاصةً عندما التقى الأخطبوطات وأقاربهم ، الحبار العملاق ، في الغوص في موطنه أستراليا. "يتقدمون وينظرون إليك. وقال "إنهم يمدونك ليلمسوك بأذرعهم". "من اللافت للنظر قلة المعرفة عنهم. . . لكن يمكنني أن أرى أنه يتضح أنه يتعين علينا تغيير الطريقة التي نفكر بها في طبيعة العقل نفسه لأخذ العقول ذات الطابع المركزي بدرجة أقل في الاعتبار ".

يوافق ماذر: "أعتقد أن الوعي يأتي بنكهات مختلفة". "قد يكون لدى البعض وعي بطريقة قد لا نكون قادرين على تخيلها."


في مايو ، زرت أثينا للمرة الثالثة. كنت أرغب في معرفة ما إذا كانت قد تعرفت علي. لكن كيف لي أن أقول؟ فتحت سكوت دود الجزء العلوي من خزانها لأجلي. كانت أثينا في الزاوية الخلفية ولكنها طفت على الفور إلى الأعلى ، وذراعها ممدودة ، ورأسًا على عقب.

هذه المرة قدمت لها ذراع واحدة فقط. لقد أصبت في ركبتي ، وشعرت بالارتباك ، استخدمت يدي اليمنى لتثبيتي بينما كنت أقف على الكرسي للاتكاء على الخزان. أثينا بدورها أمسكتني بأحد ذراعيها ، وعدد قليل جدًا من مصاصيها. كان تمسكها بي لطيفًا بشكل ملحوظ.

لقد أدهشني هذا ، حيث وصف مورفي وآخرون شخصية أثينا لأول مرة لي بأنها "مشاكسة". قال لي مورفي: "لقد حصلوا على أسمائهم". سميت أثينا على اسم إلهة الحكمة والحرب والاستراتيجية اليونانية. إنها ليست عادة أخطبوط مسترخي ، مثل جورج. حذر مورفي: "يمكن أن تسحبك أثينا إلى الدبابة". "إنها فضولية لمعرفة ما أنت عليه."

هل كانت أقل فضولاً الآن؟ هل تذكرتني؟ شعرت بخيبة أمل لأنها لم ترفع رأسها لتنظر إلي. لكنها ربما لم تكن بحاجة إلى ذلك. ربما عرفت من طعم بشرتي من أكون. لكن لماذا كان هذا الأخطبوط المشاكس معلقًا أمامي في الماء ، رأسًا على عقب؟

ثم ظننت أنني قد أعرف ما تريده مني. كانت تتوسل. سأل دود من حوله وعلم أن أثينا لم تأكل في غضون يومين ، ثم سمح لي بامتياز مثير بتسليمها الكبلين.

ربما كنت قد فهمت شيئًا أساسيًا حول شعور أثينا في تلك اللحظة: كانت جائعة. سلمت سمكة إلى أحد أكبر مصاصيها ، وبدأت في تحريكها نحو فمها. لكنها سرعان ما أحضرت المزيد من الأذرع إلى المهمة ، وغطت السمكة بالعديد من المصاصون - كما لو كانت تلعق أصابعها ، تتذوق الوجبة.


بعد أسبوع من زيارتي الأخيرة لأثينا ، صُدمت لتلقي هذه الرسالة الإلكترونية من سكوت دود: "آسف للكتابة مع بعض الأخبار المحزنة. يبدو أن أثينا في أيامها الأخيرة ، أو حتى ساعات. ستعيش ، رغم ذلك ، من خلال وسيلة النقل الخاصة بك ". في وقت لاحق من نفس اليوم ، كتب دود ليخبرني أنها ماتت. لدهشتي ، وجدت نفسي في البكاء.

لماذا هذا الحزن؟ لقد فهمت منذ البداية أن الأخطبوطات لا تعيش طويلا. علمت أيضًا أنه بينما يبدو أن أثينا تتعرف علي ، لم أكن بأي حال من الأحوال صديقتها الخاصة. لكنها كانت مهمة جدًا بالنسبة لي ، كفرد وكممثلة من عالمها الأخطبوط. لقد أعطتني هدية عظيمة: فهم أعمق لما يعنيه التفكير والشعور والمعرفة. كنت أتوق لمقابلة المزيد من أفرادها.

وهكذا ، شعرت ببعض الإثارة عندما قرأت هذا البريد الإلكتروني من Dowd بعد بضعة أسابيع: "هناك جرو أخطبوط صغير متجه إلى بوسطن من شمال غرب المحيط الهادئ. تعال وصافح (x8) عندما تستطيع ".


شاهد الفيديو: نقل غاز ثاني اكسيد الكربون في الدم (ديسمبر 2022).