עושים בועות

לראשן הצפרדע יש בעיה.

ראשנים בוקעים מהביצה כשהם מצוידים בזימים, המאפשרים להם לסנן חמצן מהמים. הם אפילו מסוגלים לקלוט מעט חמצן דרך העור, ישר אל הדם. אך נראה שזה לא מספיק להם, במיוחד במים העומדים, העניים בחמצן, בהם חיים רבים מהראשנים. לכן, כבר שלושה ימים לאחר הבקיעה, הם עולים בקביעות אל פני המים כדי לנשום אוויר בעזרת הריאות שלהם. כן, בדומה לדגים מסוימים, לראשנים של דו חיים יש גם זימים וגם ריאות, ובלי נשימה של אוויר פשוט אין להם מספיק חמצן. 

אם כך, מה הבעיה? האם הראשנים לא יכולים פשוט להוציא את הראש מהמים, לקחת נשימה עמוקה, ולצלול שוב? לפי מחקר חדש, התשובה היא לא, הם לא יכולים. זאת משום שהראשנים הצעירים קטנים עד כדי כך, שמתח הפנים של המים מהווה בשבילם מחסום בלתי עביר. 

מתח הפנים נוצר כתוצאה מהכוחות השונים המופעלים על מולקולות המים שנמצאות בשכבה העליונה של הבריכה, במגע עם האוויר: שאר המולקולות בנוזל מושכות אותן כלפי מטה ולצדדים, וכוח המשיכה מושך אותן גם הוא כלפי מטה. הכוחות האלו גורמים לדחיסה של שכבת הנוזל העליונה מטה, אבל היא לא יכולה להידחס יותר מדי לפני שהנוזל מתחתיה מתחיל להפעיל כוח נגדי, שדוחף את השכבה הזו שוב מעלה. 

התוצאה של כל הכוחות האלו היא שמולקולות המים באותה שכבה עליונה מקובעות במקומן יותר ממולקולות בשכבות הנמוכות יותר, ואינן יכולות לנוע בקלות פנימה. כך נוצר מתח הפנים, אותו "קרום" של המים, המאפשר למלא כוס עד (קצת) יותר מכפי נפחה בלי שתישפך, או להניח בזהירות אטב על פני המים מבלי שישקע. מתח הפנים חזק מספיק בשביל שחרקים שונים יוכלו ללכת עליו בבטחה, וגם בשביל למנוע מהראשנים הזעירים, שאורכם רק כשלושה מילימטרים, להבקיע אותו מלמטה ולצאת אל האוויר.

פתרון יצירתי

מתוך המאמר:  Schwenk, K.; Phillips, J.R. 2020)

החוקרים, מאוניברסיטת קונטיקט בארצות הברית, צילמו בהילוך איטי את הראשנים עולים לשאוף אוויר, וכך חשפו שהם יוצרים בועות אוויר קטנטנות, אותן הם נושמים. הסרטונים הראו שהם מצמידים את פיהם הפתוח אל פני המים מלמטה, ואז מרחיבים את החלל שנוצר בפה ובלוע על ידי הנמכה של רצפת הפה. הפעולה הזו גורמת לשכבה העליונה של המים, ולמעט אוויר מעליה, להישאב לתוך הפה. אז הראשן סוגר את פיו ויוצר בועה קטנה של אוויר בתוך חלל הפה. הרמה של רצפת הפה בחזרה גורמת לפיצוץ הבועה והזרמת האוויר אל הריאות. 

"הרבה חוקרים שמו לב שראשנים עולים לפני המים לנשום", אמר קורט שוונק (Schwenk), שהוביל את המחקר. "אבל אלא אם כן אתם מסתכלים מאוד מקרוב ומאטים את ההתרחשות, אתם לא יכולים לראות מה באמת קורה". המחקר היה כמעט בלתי אפשרי, הוא הוסיף, ללא המצלמות המיוחדות המצלמות בהילוך איטי. "זו כנראה הסיבה שההתנהגות הזו לא תוארה לפני כן".

שיטת הנשימה הזו, כך הראו החוקרים, נפוצה למדי. היא משותפת לראשני צפרדעים ממשפחות שונות, לראשני סלמנדרות ואפילו לחלזונות מים מתוקים, מהמין Physa heterostrophus. נראה, אם כך, שהיא התפתחה כמה פעמים, כפתרון לבעלי חיים הזקוקים לאוויר, אך קטנים מדי מכדי לעלות אל פני המים בקלות. 

כמה ראשנים גדולים ממשיכים לנשום בצורה דומה. ראשן מגודל נצמד לפני המים | צילום מסך מסרטון מתוך המאמר Schwenk, K.; Phillips, J.R. (2020)

כאשר הראשנים גדלו, רובם עברו לנשום באמצעות הוצאת הראש מהמים - אך לא כולם. במאמר שני התחקו החוקרים אחר שיטת הנשימה של ראשני האילנית האפורה (Dryophytes versicolor), וראו שהם ממשיכים לשתות בעזרת שאיבה של שכבת המים העליונה גם כשהם כבר גדולים למדי ובעלי רגליים, כלומר כמעט השלימו את הפיכתם לצפרדע. אלא שהם עושים זאת בשיטה שונה במקצת: הם שואבים את האוויר פנימה פעמיים, כאשר בפעם הראשונה הם לא סוגרים את פיהם ליצירת בועה, אלא משחררים את האוויר שבריאותיהם החוצה. בשאיבה השנייה, כשריאותיהם ריקות, הם יוצרים בועה בדיוק כמו שעושים הראשנים הקטנים יותר. 

"שיטת השאיבה הכפולה יכולה למנוע מהאוויר שנפלט מהריאות להתערבב עם האוויר הטרי, וכך לשפר את יעילות החלפת הגזים", אמר שוונק לאתר New Scientist. נראה שהשיטה הזו יעילה עד כדי כך, שהראשנים ממשיכים לנצל אותה גם כאשר הם כבר מסוגלים פשוט להוציא את הראש החוצה ולנשום אוויר מלוא הפה.