כשאנחנו חוגגים את ראש השנה, ומברכים זה את זו שנהיה לראש ולא לזנב, זה בדיוק הזמן לשאול: מתי ואצל מי התפתח לראשונה הראש?

שנה טובה! בראש השנה אנחנו מאחלים לחברינו, וגם לעצמנו, שנהיה לראש ולא לזנב – למובילים, ולא לאלו שנגררים מאחור. בכתבה הזו נתמקד לא במשמעות המטאפורית של הביטוי, אלא בזו המילולית: הראש עצמו, האיבר שבו נמצאים המוח ואיברי החישה, העיניים, האוזניים, האף והפה. מי היו בעלי החיים הראשונים שהיו גם בעלי ראש? והאם הראש של חיפושית משה רבנו התפתח מאותו מקור קדום שממנו הגיע הראש שלנו, או שמדובר באבולוציה מתכנסת, שבה תכונות דומות מתפתחות במקביל ובאופן בלתי תלוי בשושלות שונות?

כיום כמעט לכל בעלי החיים שאנחנו רואים מסביבנו, מהכלבים והחתולים ועד לשממיות וליתושים, יש ראש. אבל זה לא תמיד היה כך. עד לפני כ-600 מיליוני שנים החיים על פני כדור הארץ היו פשוטים הרבה יותר, ולא היה להם צורך בעיניים ובאוזניים, במוח או בראש.

במשך שלושה מיליארדי שנים החיים היחידים היו מיקרוסקופיים. חיידקים שאבו חומרי מזון מכימיקלים מוזרים בבטן האדמה או במעמקי הים. [...] בשלב הבא, תאים יחידים מצאו יתרון במספרים גדולים. מרבדים חיידקיים פשוטים כיסו את הקרקעית של כל הימים, נשטפו על חופים חסרי חיים בשכבה חלקלקה ורירית של חומר אורגני שאפילו לא יכול היה עדיין להירקב. [...] עולם של דברים דמויי שמיכת טלאים שהיו פרושים על קרקעית הים, או התקדמו בזחילה איטית על גבי המרבדים החיידקיים ללא גפיים או שרירים, ניזונים מהם ללא פיות. זוהי קהילה גלובלית של אורגניזמים זרים לנו, והם חיים ללא שן או טפר, ללא עיניים, ללא איברים.
-תרגום חופשי מתוך Doors of Eden, אדריאן צ'ייקובסקי

כך נראו החיים בתור האדיקר (Ediacaran), שהחל לפני 635 מיליוני שנים והסתיים לפני 540 מיליוני שנים. האדמה הייתה נטולת חיים לחלוטין, והים הכיל כמויות קטנות מאוד של חמצן - הדגים שאנחנו מכירים כיום היו מתים מחנק בסביבה כזו. אותם מרבדים חיים של תאים המשתפים פעולה זה עם זה היו התוצאה של שלושה מיליארד שנות אבולוציה, כמעט פי שישה מהזמן שעבר מתור האדיקר ועד היום. בכל הזמן הזה, לא התפתח שום דבר שאנחנו נזהה כבעל חיים, כיצור עם גוף – כיצור עם ראש.

ליצורים של תור האדיקר לא היה מוח. לא היו להם עיניים, אוזניים, אף או פה. הם יכלו לחוש את סביבתם וגם להגיב אליה, בצורה מוגבלת מאוד, אבל הם לא ראו ולא שמעו, ולא הייתה להם דרך לעבד את המידע הזה גם אם היו מצליחים לקלוט אותו. והם היו חסרי כיווניות – לא היה להם חלק קדמי ואחורי, לא ראש ולא זנב.

ואז, תוך כמה מיליוני שנים – הרף עין אבולוציוני – הכל השתנה.

חיים בלי מוח, בלי איברי חישה וכמעט בלי יכולת להגיב לנעשה בסביבתם. דיקינסוניה, אחת מצורות החיים של תור האדיאקר | איור: Dotted Yeti, Shutterstock
חיים בלי מוח, בלי איברי חישה וכמעט בלי יכולת להגיב לנעשה בסביבתם. דיקינסוניה, אחת מצורות החיים של תור האדיאקר | איור: Dotted Yeti, Shutterstock

לחצים חדשים

עם הזמן, הרוגע של מרבדי החיים בתור האדיקר הגיע לסופו. הביולוגיה נמוכת-האנרגיה של אותם מינים הפרושים על הקרקע התחלפה בהאצה אל תוך עולם של שן וטפר, תחרות וטריפה. אלו היו פרפורי הגסיסה של תור האדיקר, כשמין אחד גילה שקצירת חומרי מזון משכניו חסרי ההגנה היא הרבה יותר יעילה מאשר סינון שאריות. [...] בעוד שחלק מהיצורים עדיין ישבו וסיננו, העולם עוצב על ידי לחצים חדשים. לחיים היה צורך דחוף לזוז – לעבר משהו, אצל הטורפים; הרחק ממשהו, אצל הנטרפים – להתחבא, לארוב, לטרוף ולהגן. 
ברוכים הבאים לתור הקמבריון.
-תרגום חופשי מתוך Doors of Eden, אדריאן צ'ייקובסקי

תור הקמבריון, שהחל לפני כ-540 מיליוני שנים, היה שונה מאוד מהתקופות שקדמו לו. מגוון עצום של יצורים חיים הופיע בתוך זמן קצר להפליא, תופעה שזכתה לשם "הפיצוץ הקמבריוני". בעלי החיים כבר לא הסתפקו בסינון חומרים מהמים - הם החלו לאכול באופן פעיל. הפה הראשון הופיע כנראה עוד בשלבים האחרונים של תור האדיקר, והיה לא יותר מפתח לתוך חלל פנימי, שבו המזון התעכל ונספג בגוף. תחילה היה זה פתח אחד בלבד, שממנו גם יצאו חומרי הפסולת. אצל חלק מבעלי החיים, כמו המדוזות ושושנות הים, זה המצב גם היום. אצל בעלי החיים האחרים התפתח פי הטבעת, והשק הפך לצינור עם שני פתחים.

איך נראו בעלי החיים הקדומים האלו, בעלי הפיות הראשונים? דוגמה לכך מספק Saccorhytus coronarious, שחי לפני כ-540 מיליון שנים ומאובן שלו נמצא במחוז שאנשי בסין ותואר במאמר ב-2017. אורכו היה כמילימטר בלבד, והיה לו פה, שאותו כנראה היה יכול לפתוח ולסגור. בצדדים היו לו מספר פתחים קטנים יותר, שכנראה שימשו להוצאה מים וחומרי פסולת מה"קיבה" הראשונית. חורים זעירים עוד יותר שנראו על גופו היו אולי קולטנים ששימשו לחישה - אך עדיין לא היו לו עיניים, ואיברי החישה לא התרכזו ליד הפה.

עם הפה הגיעה גם התנועה. סקוריטוס ככל הנראה ידע רק להזדחל באיטיות על קרקעית הים, אבל יצורים אחרים החלו לנוע במים ביעילות בעזרת איברים המותאמים למטרה זו. הים התמלא תנועה, חיים מורכבים שרדפו זה אחרי זה והתחמקו זה מזה. והם היו צריכים לדעת לאן לנוע: העיניים הראשונות הופיעו, פשוטות מאוד, רק כמה תאים קולטי אור שיכלו להבדיל בין אור לחושך. איתן התפתחו תאי עצב, שקיבלו מידע מהעיניים ושלטו על תגובת הגוף.

אצל בעלי חיים מסוימים העיניים התרכזו ליד הפה, באזור שהפך לחלק הקדמי של הגוף. כך בעל החיים ראה את מה שלפניו, את הדבר שאליו הוא שחה, וכשהגיע אליו – את הדבר שהוא אכל. מאחורי העיניים נוצר ריכוז גדול של תאי עצב, שעיבד את המידע ושלח הוראות לחלקי הגוף האחרים. הצורך "לזוז, להתחבא, לארוב, לטרוף ולהגן" הוביל, בפעם הראשונה, להתפתחותו של הראש.

אחרי הפיצוץ הקמבריוני נוצרו מגוון רחב של מינים חדשים, בעלי שכלולים כמו מערכת עיכול ראשונית, כושר תנועה מסוים ומערכת ראייה פשוטה. | איור: MARK P. WITTON / SCIENCE PHOTO LIBRARY
אחרי הפיצוץ הקמבריוני נוצרו מגוון רחב של מינים חדשים, בעלי שכלולים כמו מערכת עיכול ראשונית, כושר תנועה מסוים ומערכת ראייה פשוטה. | איור: MARK P. WITTON / SCIENCE PHOTO LIBRARY

מוחות קדומים

גם היום, לא לכל בעלי החיים יש ראש. לספוגים, שנחשבים לבעלי החיים הפשוטים ביותר, אין מערכת עצבים כלל, אם כי הם כן מסוגלים לחוש באור בעזרת תאים מיוחדים. למדוזות יש מערכת עצבים, עם תאי עצב שדומים במבנה ובתפקוד שלהם לאלו שלנו, אך אין להם מוח מרכזי, מקום שבו מתאספים תאי עצב רבים ששולטים על המערכת כולה.

מי, אם כך, היה בעל החיים הראשון שהיה לו ראש – איבר שבתוכו נמצא ריכוז של תאי עצב, ושבו נמצאים איברי חישה כגון עיניים, ומאוחר יותר גם אוזניים ואף? השאלה הזו עדיין נתונה במחלוקת, שכן קשה מאוד למצוא ראיות שיכריעו אותה. הראיות החזקות ביותר מגיעות ממאובנים, אך בשביל להסיק על התפתחות הראש עלינו למצוא מאובנים מתור הקמבריון, שבו אנחנו חושבים שחיו בעלי הראשים הראשונים, שהשתמרו בצורה שתאפשר לראות את המוח שלהם. מאובנים כאלה הם כמובן נדירים ביותר, אך כמה מהם בכל זאת נמצאו בשנים האחרונות.

המוח הראשון (אולי) שממנו התפתחו (אולי) כל פרוקי הרגליים. פוקסיאניה פרוטנסה | איור: N. Tamura, Wikipedia
המוח הראשון (אולי) שממנו התפתחו (אולי) כל פרוקי הרגליים. פוקסיאניה פרוטנסה | איור: N. Tamura, Wikipedia

אחד מהמאובנים האלו שייך למין Fuxianhuia protensa, חסר חוליות שחי לפני כ-520 מיליוני שנים. המאובן נמצא בצ'נג'יאנג שבדרום סין, אזור ממנו הגיעו מאובנים רבים, ותואר במאמר שהתפרסם ב-2012. לאחר מותו בעל החיים שקע בסביבה שבה היה מעט מאוד חמצן, ולכן גם מעט מאוד חיידקים שיכלו לפרק אותו. כתוצאה מכך השתמר בצורה טובה כל כך עד שאפשר לראות את המערכת העצבית שלו, כצבע חום לאורך הגוף. "אנחנו יודעים שזה המוח כי הגודל, הצורה והמיקום שלו מתאימים לאלו של המוח בסרטנים מסוימים, כמו חסילונים", אמר גרגורי אדג'קומב (Edgecombe), מהחוקרים החתומים על המאמר, לכתב העת Nature. כמו אצל הסרטנים, המוח של הפרוטנסה היה מורכב משלושה חלקים ונמצא מאחורי הפה. לצדו נראו העצבים שהובילו לעיניים. הדמיון הרב בין המוח של היצור הקדום למוח של בעלי חיים מודרניים הוביל את החוקרים לחשוב שהוא כבר היה איבר מתוחכם למדי.

פרוטנסה היה בעל חיים מוקדם מאוד, וכנראה קרוב לאב המשותף לכל פרוקי הרגליים – הסרטנים, העכבישים, החרקים ועוד. הממצא מצביע על כך שלאותו אב קדמון משותף כבר היה מוח, מסקנה הגיונית בהתחשב בכך שלכל פרוקי הרגלים המודרניים יש מוח וראש. הוא גם מרמז שכבר בתקופה זו, לפני 520 מיליון שנים, היו יצורים לא רק עם ראש, אלא עם ראש שבתוכו מוח מתקדם יחסית. אך האם זה המוח הראשון?

עוד מועמד אפשרי לתפקיד האב הקדמון של כל פרוקי הרגלים: Hallucigenia sparsa, יצור שחי על קרקעית הים, בתור הקמבריון | איור: MASATO HATTORI / SCIENCE PHOTO LIBRARY
עוד מועמד אפשרי לתפקיד האב הקדמון של כל פרוקי הרגלים: Hallucigenia sparsa, יצור שחי על קרקעית הים, בתור הקמבריון | איור: MASATO HATTORI / SCIENCE PHOTO LIBRARY

הראש הראשון

מועמד נוסף על התואר הוא מאובן מאותה תקופה שנמצא קרוב מעט יותר לבסיס העץ האבולוציוני. Kerygmachela kierkegaardi היה ככל הנראה קרוב לאב הקדמון המשותף לכל פרוקי הרגליים ולקבוצות נוספות - דובוני המים (Tardigrade) ונושאי הציפורניים (Onychophora), חסר חוליות דמוי זחל. ממבט ראשון קירקגרדי נראה כמעט כיצור מכוכב לכת אחר. אורכו היה כ-25 סנטימטרים, והוא שחה בים בעזרת מבנים דמויי נוצות שיצאו מצידי גופו. מאחור היה לו זנב ארוך ודק, ומצידו הקדמי יצאו שני איברים ארוכים, ששימשו אותו כנראה לציד. והיה לו מוח, כפי שהראה מחקר שהתפרסם ב-2018.

בניגוד לפרוטנסה, לקירקגרדי היה מוח פשוט מאוד, ללא אותה חלוקה לשלושה חלקים. היו לו גם עיניים גדולות, שכבר היו שלב אחד או שניים מעבר לעיניים הפשוטות ביותר בעולם החי, המבדילות רק בין אור לחושך.

קירקגרדי מספק לנו ראיות חזקות לכך שכבר לאב הקדמון של פרוקי הרגליים, דובוני המים ונושאי הציפורניים היה מוח. אבל יש עוד שושלות אבולוציוניות שבהן התפתח איבר שכזה, ביניהן גם השושלת האבולוציונית שהובילה אלינו ואל בעלי החוליות האחרים – הדגים, הדו-חיים, היונקים, הזוחלים והעופות. גם לתמנונים ולדיונונים, ששייכים למערכת הרכיכות, יש ראש עם מוח מפותח ואיברי חישה, ואפילו לתולעים יש מוח קטן ועיניים, ולא קשה להבחין היכן נמצא הראש שלהן. מה כל זה אומר על המוצא הקדום של המוח והראש?

עוד מועמד אפשרי לתפקיד האב הקדמון של כל פרוקי הרגלים: Hallucigenia sparsa, יצור שחי על קרקעית הים, בתור הקמבריון | איור: MASATO HATTORI / SCIENCE PHOTO LIBRARY
ראיות חזקות להתפתחות מוקדמת מאוד של מוח. Kerygmachela kierkegaardi, האב הקדמון של פרוקי הרגליים, נושא הציפורניים ודובוני המים | מתוך מאמר המחקר Park et al, 2018

האב הקדמון של בעלי הראש

כל בעלי החיים שיש להם ראש, מיתוש ועד פיל, שייכים לאותה לקבוצה טקסונומית שנקראת בִּילַטֶרְיָה (bilateria). פירוש השם הוא "בעלי סימטריה דו-צדדית" – צד שמאל הוא תמונת מראה של צד ימין, כמו בגוף שלנו, ולא כמו אצל המדוזות, למשל, שלא נכללות בקבוצה הזו. הקבוצה כוללת בין השאר את בעלי החוליות, פרוקי הרגליים, הרכיכות, סוגים שונים של תולעים, וגם כוכבי ים, שלבוגרים שלהם אמנם אין סימטריה דו צדדית, אבל ללרוות שלהם, השלבים הצעירים יותר, דווקא יש.

בילטריה, אם כך, כוללת את כל בעלי הראש – אבל לא רק אותם. לכוכבי הים, למשל, אין ראש או אפילו מוח, והעיניים הפשוטות שלהם לא מרוכזות במקום אחד. למרות זאת הם שייכים לבילטריה, וכמוהם גם הצדפות, שגם להן אין ראש, ומערכת העצבים שלהן מורכבת משלושה אזורים מרכזיים ומעיניים שמפוזרות במקומות שונים. יש צדפות שיש להן לא פחות ממאתיים עיניים קטנטנות, שפונות לכל הכיוונים כדי להזהיר את הצדפה מסכנה.

הצדפות וכוכבי הים אינם קרובים זה לזה במיוחד – הצדפות הן רכיכות, וקרובות מבחינה אבולוציונית לתמנונים, שיש להם ראש גדול ומוח מפותח במיוחד. למעשה, הצדפות גם קרובות הרבה יותר לחרקים ולעכבישים, כולם בעלי ראש, מאשר לכוכבי הים. לעומת זאת, כוכבי הים קרובים אבולוציונית לבעלי החוליות, וגם לבני האדם, יותר משהם קרובים לצדפות.

איך, אם כך, נראה האב הקדמון המשותף של כל הבילטריה? החוקרים מכנים את בעל החיים הזה, שממנו התפתחו כל בעלי החיים בעלי סימטריה דו צדדית, בשם אוּרְבִּילַטֶרְיָה (urbilateria). יש שתי אפשרויות: ייתכן שהאורבילטריה היה חסר ראש וחסר מוח, ובמקרה זה הם התפתחו במקביל אצל שתי קבוצות לפחות; או ייתכן שלאורבילטריה הייתה מערכת עצבים מפותחת, עם ריכוז גדול של תאי עצב בקדמת הגוף, כלומר התחלה של ראש – ובמקרה זה קבוצות מסוימות, כמו כוכבי הים וכמו הצדפות, איבדו את התכונה הזו.

איך אפשר להכריע בין האפשרויות האלו?

אפשרות אחת היא לבחון את המאובנים של אורבילטריה, או של מינים קרובים אליו, ולבדוק אם היה להם ראש. אך פה מיעוט המאובנים הוא בעוכרינו, והחוקרים גם אינם מסכימים לגמרי איזה מהמאובנים המעטים מהתקופה המתאימה עשוי להיות הקרוב ביותר לאורבילטריה.

אפשרות אחרת היא להתחקות אחר ההתפתחות העוברית של מערכת העצבים, והמוח כחלק ממנה, במינים החיים כיום. מחקרים הראו שההתפתחות הזו דומה מאוד גם אצל בעלי חיים הרחוקים מאוד זה מזה מבחינה אבולוציונית, כמו חיפושיות ובני אדם. אפילו החלבונים שאחראים על התפתחות תאי העצב ועל הנדידה שלהם למקום המתאים בגוף הבוגר הם במקרים רבים אותם חלבונים. הממצאים האלו הובילו חוקרים רבים למסקנה שלאורבילטריה כבר הייתה מערכת עצבים מפותחת, לפחות עם התחלה של מוח, והצאצאים שלו ירשו את המערכת הזו ממנו. עם זאת, יש חוקרים שחולקים על כך, במיוחד בכל הנוגע לקבוצה הכוללת את כוכבי הים ועוד כמה מינים של בעלי חיים ימיים.

יתכן שהמוח התפתח בנפרד בשתי השושלות העיקריות של האורבילטריה. אילן יוחסין של קבוצות בעלי חיים עיקריות, חלקן בעלות מוח וחלקן מסתדרות בלי | איור: יונת אשחר
יתכן שהמוח התפתח בנפרד בשתי השושלות העיקריות של האורבילטריה. אילן יוחסין של קבוצות בעלי חיים עיקריות, חלקן בעלות מוח וחלקן מסתדרות בלי | איור: יונת אשחר

עיניים פשוטות, עיניים מורכבות

נראה, אם כך, שהמוח החל להתפתח מוקדם מאוד, בתור הקמבריון אולי אפילו קצת לפני כן, והמוחות שלנו, של העכבישים, של התמנונים ושל התולעים התפתחו כולם מאותו מוח ראשוני קדום. במינים מסוימים המוח גדל מאוד, ואחרים הסתפקו במוח קטן יותר, או אפילו איבדו חלק מהמבנה שנמצא כבר אצל אורבילטריה. גם אצל המינים שפיתחו מוח גדול, לא כולם עשו זאת באותה צורה: המוח של התמנונים, למשל, שונה מאוד בצורתו ובמבנהו מזה של מוח האדם.

יחד עם המוח, לאותו אב קדמון משותף לנו ולכל בעלי החיים האחרים בעלי סימטריה דו צדדית היו כאמור גם עיניים, שמהן התפתחו העיניים שלנו. מדובר היה בעיניים פשוטות ביותר: שקע בעור שבו כמה תאים עם פיגמנט וכמה תאים קולטי אור. גם היום יש בעלי חיים, כמו תולעים מסוימות, שיש להם עיניים כאלו. בעזרתן הם יכולים להבדיל בין חושך לאור ולזהות מאיזה כיוון האור מגיע, אבל לא יותר מזה.

מאותה התחלה פשוטה התפתחו העיניים של כל בעלי החיים בעלי הראש. וכמו המוח, גם העיניים התפתחו בצורה שונה אצל מינים שונים ושושלות שונות. לחרקים יש עיניים מורכבות, שבנויות מהרבה עיניות קטנות. צדפות מרכזות את האור בעיניהן לא בעזרת עדשה, כמו שאנחנו עושים, אלא בעזרת מראות, כמו בטלסקופ. לתמנונים יש עיניים שנראות במבט ראשון דומות מאוד לשלנו, אך בחינה מדוקדקת יותר שלהם מראה שהן בנויות אחרת במקצת – דבר שמעיד על כך שהן התפתחו מאותן עיניים פשוטות ראשוניות באופן בלתי תלוי. לרוב בעלי החיים יש שתי עיניים, אך לחרקים רבים ולעכבישים יש יותר, עד שמונה, ולצדפות מסוימות יש עד מאתיים. כל עוד לבעל החיים יש ראש, עם זאת, העיניים יהיו ממוקמות שם, בקדמת הגוף, מוכנות לקבל מידע על מה שנמצא מולנו.

ראייה מרחבית. העיניים המורכבות הענקיות של שפירית, וביניהן שלוש עיניות קטנות | צילום: PHIL DEGGINGER / SCIENCE SOURCE / SCIENCE PHOTO LIBRARY
ראייה מרחבית. העיניים המורכבות הענקיות של שפירית, וביניהן שלוש עיניות קטנות | צילום: PHIL DEGGINGER / SCIENCE SOURCE / SCIENCE PHOTO LIBRARY

חושים מאוחרים

איברי החושים האחרים שממוקמים בראש שלנו – האוזניים, האף – התפתחו מאוחר הרבה יותר, ולא היו קיימים אצל אורבילטריה, או אפילו אצל חלק מבעלי החיים המודרניים. לרוב בעלי החיים הימיים אין אוזניים, למרות שחלקם כן מסוגלים לשמוע. דוגמה לכך היא התמנונים והדיונונים, שהם חסרי אוזניים, ובמשך זמן רב הטילו מדענים ספק ביכולתם לשמוע. היו מחקרים שהראו שהם מגיבים לקולות מסוימים, אך לא היה ברור כיצד הם עושים זאת. רק ב-2008, התפרסם מחקר שהראה שהם מסוגלים להבחין בגלי קול שעוברים במים בעזרת הסטטוציסט – איבר לשמירה על שיווי משקל שנמצא אצל חסרי חוליות ימיים רבים.

"דיונונים נופלים טרף ללווייתנים בעלי שיניים, כולל דולפינים", אמר הונג יאנג יאן (Yan), שחקר את השמיעה של בעלי חיים אלו, בראיון ל-BBC Earth. "אז אולי השמיעה עוזרת להם להתחמק מקולות האֶקוֹלוֹקַצְיָה, איכון בעזרת הֵד, שמשמיעים הדולפינים".

האב הקדמון המשותף לכל החרקים היה גם הוא נטול אוזניים חיצוניות, וכנראה חרש. קבוצות חרקים שונות פיתחו מאוחר יותר, כל אחת בנפרד, יכולת שמיעה. הם עשו זאת על ידי שינוי התפקוד של איברים כורדוטונאליים (chordotonal organs), ששימשו במקור לחישת התנועה היחסית של איברים שונים. האיברים האלו לא ממוקמים דווקא באזור הראש: ארינמלים שומעים בעזרת הכנפיים, לצרצרים יש איברי שמיעה על הרגליים, וחרקים טפיליים מסוימים קולטים קולות בצוואר.

ומה לגבי בעלי החוליות? לדגים אין אוזן חיצונית, אך יש מבנה פנימי שבעזרתו הם חשים בגלי הקול שעוברים במים. לדגים מסוימים יש גם אמצעים נוספים שבעזרתם הם שומעים: לחלקם יש תאי שערה, כמו אלו שממוקמים בשבלול האוזן שלנו, אבל לא באוזניים אלא לאורך צדי הגוף; וחלקם נעזרים בשלפוחית האוויר שלהם, איבר מלא גז שבעזרתו הם צפים למעלה או צוללים עמוק יותר למצולות. הגז בשלפוחית האוויר מגיב לשינויי הלחצים, ומעביר את המידע למבנה בגולגולת הדג, שמקביל לאוזן הפנימית אצלנו.

מחקרים הראו שגם סלמנדרות מסוגלות לשמוע, לא רק במים אלא גם באוויר, למרות שאין להן אוזן חיצונית. לאור זאת, החוקרים מעריכים שבעל החוליות הראשון שעלה על היבשה – האב הקדמון המשותף לדו-חיים, הזוחלים, היונקים והעופות –כבר היה מסוגל לשמוע. עם זאת, האפרכסת, חלק האוזן שבולט החוצה מהראש, היא המצאה ייחודית של היונקים: לאף בעל חיים אחר אין מבנה כזה.

חוקרים השמיעו לסלמנדרות צלילים, במים ומחוץ להם, וראו כי הן מגיבות לקול גם בלי אוזן חיצונית. סלמנדרה בניסוי | צילום: Christian Bech Christensen, AARHUS UNIVERSITY
חוקרים השמיעו לסלמנדרות צלילים, במים ומחוץ להם, וראו כי הן מגיבות לקול גם בלי אוזן חיצונית. סלמנדרה בניסוי | צילום: Christian Bech Christensen, AARHUS UNIVERSITY

להריח עם הרגליים

כמו האוזניים, גם האף כמו שאנחנו מכירים אותו התפתח מאוחר יחסית. היכולת לזהות מולקולות שנישאות במים, ולאחר מכן, כשבעלי חיים יישבו את האדמה, גם באוויר, היא חשובה מאוד, ולא מפתיע שהיא קיימת אצל מינים רבים. דגים מריחים בעזרת שקעים שנמצאים מעל הפה שלהם, ומכוונים מים אל תאים מיוחדים בתחתיתם, שקולטים מולקולות שונות כמו שעושים התאים במעלה האף שלנו. מהאיברים האלה התפתח האף של בעלי החוליות שוכני היבשה, כולל היונקים.

חרקים רבים ניחנו גם הם בחוש ריח מפותח, אך כמו במקרה של חוש השמיעה, האיבר שמשמש אותם לכך הוא שונה – ולא ממוקם דווקא על הראש. אין להם אף, ולרוב הם קולטים מולקולות שנישאות באוויר בעזרת המחושים שלהם. חרקים מסוימים נעזרים גם בתאים מיוחדים באיברי הפה שלהם, על הרגליים או במקומות אחרים.

מריחים בעיקר בעזרת המחושים. מחוש של עש בצילום צבוע במיקרוסקופ אלקטרונים: קולטני הריח נמצאים על הזיפים הדקיקים המכסים את המחוש | מקור: STEVE GSCHMEISSNER / SCIENCE PHOTO LIBRARY
מריחים בעיקר בעזרת המחושים. מחוש של עש בצילום צבוע במיקרוסקופ אלקטרונים: קולטני הריח נמצאים על הזיפים הדקיקים המכסים את המחוש | מקור: STEVE GSCHMEISSNER / SCIENCE PHOTO LIBRARY

המוח גדל והתפתח יחד עם איברי החישה שמהם הוא מקבל מידע. הימצאותו של המוח קרוב לרבים מאותם איברי חישה, כמו עיניים ואוזניים, איפשר לו קשר ישיר ומהיר איתם. אך מערכת העצבים עושה יותר מקבלה ועיבוד של מידע בלבד. היא גם שולטת על איברי התנועה, וכך על התגובה של הגוף לסביבה. אצל בעלי חיים מסוימים חלק ניכר מהמערכת העצבית נמצא לא בראש, אלא סמוך לאיברי התנועה. אצל חרקים, הריכוז הגדול ביותר של תאי עצב נמצא בראש, אך יש להם גם ריכוזים קטנים יותר לאורך גופם. לתמנונים יש מעין "מוחות משניים" בזרועותיהם, ששולטים על התנועה שלהן ומתקשרים עם המוח המרכזי, שנמצא בראש. אצל בעלי החוליות, עמוד השדרה, שנחשב לחלק ממערכת העצבים המרכזית יחד עם המוח, אחראי על העברת המסרים מהמוח לגפיים.

הראש שלנו, בצורתו השלמה – עם עיניים, אף, פה ואוזניים – התפתח אם כך רק לאחרונה, במונחים אבולוציוניים. אפרכסות האוזניים היו האחרונות להתפתח, והן ייחודיות ליונקים. האף שלנו מוקדם יותר, ונמצא בצורה מסוימת אצל רוב, אם לא כל, בעלי החוליות - אך לא מעבר לכך. הראש בצורתו הראשונית, עם זאת, עם פה, מוח ועיניים פשוטות, הוא קדום מאוד. הוא הופיע לראשונה בתור הקמבריון, לפני כ-540 מיליון שנים, או אולי אפילו קצת לפני כן. ככל הנראה, האב הקדמון המשותף לרוב בעלי החיים המודרניים, מהתולעים ועד לפרפרים ואפילו כוכבי הים והצדפות חסרי הראש, כבר היה בעל ראש, מוח ועיניים. אלו איפשרו לו להתמודד בעולם הקמבריוני, בו החל לראשונה מירוץ החימוש בין טורפים ונטרפים.

במשך מאות מיליוני השנים שחלפו מאז, הראש התפתח בכיוונים שונים בשושלות שונות של בעלי חיים. אצל חלקם התפתחו עיניים גדולות ומורכבות, אצל אחרים אפים רגישים או אוזניים חדות. אצל השושלת שלנו המוח גדל מאוד, בעוד מינים אחרים הסתפקו במערכת עצבית פשוטה בהרבה. אבל כולם התחילו מאותו מקור צנוע, ריכוז של תאי עצב וכמה תאים קולטי אור, אצל האב הקדמון המשותף לכולנו.