تم بناء “بوصلة” عالمية في دماغ الخفافيش: فهي تحدد الاتجاه نفسه في أي مكان، بغض النظر عن موقع القمر والنجوم.

في دراسة هي الأولى من نوعها حول الأسس العصبية الحيوية لكيفية تنقل الخفافيش، توصل الباحثون من معهد وايزمان تجهيز رحلة استكشافية إلى جزيرة صغيرة غير مأهولة قبالة سواحل تنزانيا. ونشرت نتائج الدراسة في المجلة علوم.

“كنت أبحث عن منطقة كبيرة بما يكفي لإطلاق سراح الخفافيش ومراقبة تنقلاتها، ولكن ليست كبيرة جدًا، بدون أشجار عالية ومعزولة عن الأراضي الأخرى حتى نتمكن بسهولة من استعادة الفئران وإعادة بناء سجلات نشاط أدمغتهم. قد تعتقد أنه سيكون هناك عدد لا يحصى من الجزر المناسبة، ولكن حتى بعد بحث منهجي عالمي، لم نتمكن من العثور على الجزيرة الصحيحة. ليلة بعد ليلة، قمت بتحريك المؤشر ببطء حول برنامج Google Earth، بحثًا عن جزيرة في وسط المحيط. وفي أحد الأيام، بحثت عن جزيرة في وسط المحيط. “قمت بتكبير منطقة كنت قد نظرت إليها من قبل، وفجأة اكتشفت جزيرة لاثام”، يتذكر البروفيسور ناحوم أولانوفسكي من قسم علوم الدماغ في معهد وايزمان.

رحلة إلى الأراضي البعيدة

أخذ العلماء معهم معدات التخييم ومعدات الاتصالات عبر الأقمار الصناعية ومجموعة متنوعة من الأدوات العلمية.

يقول عالم الأعصاب: “بعد أن استأجرنا مبنى في المعهد البيطري المركزي في تنزانيا، قمنا بتجديده وتجهيز مختبر. اخترنا ستة خفافيش الفاكهة المحلية، وهي نفس الأنواع التي درسناها سابقًا في إسرائيل، وقمنا بزرعها بأجهزة صغيرة تسجل نشاط الدماغ وتنقل موقعها باستخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). هذا هو أصغر جهاز في العالم من نوعه، تم تطويره خصيصًا لهذا البحث”.

سُمح للخفافيش أولاً بالتأقلم مع بيئتها الجديدة في خيمة الطيران. ثم سُمح لكل فأر بالطيران بمفرده لمدة تتراوح بين 30 و50 دقيقة كل ليلة. أثناء طيران الفئران، سجل الباحثون نشاط أكثر من 400 خلية عصبية في مناطق عميقة من الدماغ معروفة بأنها تشارك في الملاحة.

ووجدوا أنه في كل مرة تطير الفئران برؤوسها في اتجاه معين -على سبيل المثال، الشمال- مجموعة فريدة من الخلايا العصبية، تعمل بمثابة “البوصلة الداخلية”. تمت ملاحظة التنقل باستخدام الخلايا العصبية الاتجاهية من قبل في المختبر، ولكن هذا كان أول دليل على حدوث ذلك في الطبيعة.

عندما قام الباحثون بتحليل التسجيلات من أجزاء مختلفة من الجزيرة، وجدوا أن نشاط خلية اتجاه الرأس كان ثابتًا وموثوقًا في جميع أنحاء الجزيرة، مما سمح للفئران بالتنقل عبر منطقة جغرافية كبيرة.

يوضح أولانوفسكي: “أحد الأسئلة الرئيسية في ملاحة الثدييات هو ما إذا كانت خلايا اتجاه الرأس تعمل كبوصلة محلية أم كبوصلة عالمية”. “وبعبارة أخرى، هل تشير مجموعة معينة من الخلايا دائمًا إلى نفس الاتجاه – على سبيل المثال، الشمال – أم أن البوصلة بأكملها تعيد توجيه نفسها اعتمادًا على البيئة المحلية؟” لقد اكتشفنا أن البوصلة عالمية وموحدة: بغض النظر عن مكان وجود الفأر على الجزيرة ومهما كان ما يراه، فإن خلايا محددة تشير دائمًا إلى نفس الاتجاه – الشمال يبقى شمالًا والجنوب يبقى جنوبًا. ورأينا أيضًا أنه عندما تحرك الفأر من الساحل الغربي للجزيرة إلى الجنوب، فإن التغير في اتجاه الخط الساحلي لم يعطل البوصلة. بالإضافة إلى ذلك، ظلت البوصلة دقيقة حتى عندما طارت الفئران بسرعات مختلفة وعلى ارتفاعات مختلفة.”

معايرة البوصلة الداخلية

وكان السؤال التالي هو ما هي المعلومات التي تعتمد عليها بوصلة الخفاش؟ ومن المعروف أن العديد من الطيور المهاجرة تستخدم المجال المغناطيسي للأرض الذي يكون اتجاهه موحدا. ومع ذلك، يبدو أن هذا ليس هو الحال مع الخفافيش.

يقول البروفيسور: “خلال الليالي الأولى على الجزيرة، لم يكن نشاط البوصلة العصبية متسقًا للغاية. لاحظنا عملية تعلم تدريجية حتى، بحلول الليلة الثالثة، أصبح اتجاه بوصلة الفئران مستقرًا للغاية. هذا النوع من التعلم لا يتوافق مع استخدام المجال المغناطيسي، الذي كان موجودًا منذ البداية”.

هناك طريقة أخرى للتنقل في الفضاء وهي الاعتماد على المعالم الموجودة في البيئة، مثل المباني الشاهقة في مدينة كبيرة.

“كل بيئة طبيعية مليئة بالمعالم التي يمكن رؤيتها أو شمها أو سماعها. تشتمل تضاريس جزيرة لاثام على صخور وجلاميد كبيرة ربما كانت بمثابة أدلة ملاحية. في خفافيش الفاكهة، الرؤية هي الحاسة المهيمنة ولها المدى الأطول، لذلك نفترض أنها تعتمد في المقام الأول على الرؤية. على عكس الملاحة المعتمدة على المجالات المغناطيسية، يتطلب النظام الذي يعتمد على تذكر المعالم حسابات عصبية معقدة، ويرجع ذلك جزئيًا إلى بعض المعالم فقط. تكون مرئية من أي نقطة معينة. ولهذا السبب فإن استخدام هذا النظام يستغرق عدة أيام من التدريب، أو بشكل أكثر دقة عدة ليالٍ.

هل تستطيع الخفافيش، مثل البشر والحيوانات الأخرى، النظر إلى الأعلى والتنقل عبر الشمس والقمر والنجوم؟ الأجرام السماوية هي معالم غير مستقرة: فهي تظهر وتتحرك ثم تختفي، مما يجعل من الصعب استخدامها للملاحة. أظهرت الدراسات المخبرية أن الأجسام المتحركة التي تشبه الأجرام السماوية يمكن أن تؤثر على نشاط خلايا اتجاه الرأس في دماغ الثدييات، ولكن تبين أن وفي البرية، لا يؤثر وجود القمر أو غيابه في السماء على نشاط خلايا «البوصلة» بأي شكل من الأشكال..

“لقد وجدنا أن القمر والنجوم ليست ضرورية للخفافيش للتنقل. ومع ذلك، فمن الممكن أن تدمج بوصلتها الإشارات السماوية مع المعالم المحلية. ولا تعتمد زاوية الأجرام السماوية بالنسبة للحيوان على موقعها الدقيق، لذلك يمكن أن تعمل على معايرة البوصلة. على سبيل المثال، في ليلتها الأولى في بيئة جديدة مثل جزيرة لاثام، يمكن للخفافيش مقارنة مواقع المعالم مع مواقع الأجرام السماوية التي توفر “الحقيقة المطلقة”. – الأمر الذي من شأنه أن يسرع التعلم بشكل كبير ويثبت البوصلة، كما يعتقد الباحث.

لماذا نحتاج هذا؟

تعتبر خلايا اتجاه الرأس هي آلية الملاحة الأساسية في الثدييات، وتظهر خلال المرحلة الأولى من نمو الدماغ بعد الولادة. كما أنها محفوظة تطوريًا وتوجد في أنواع من الذباب إلى القوارض إلى الخفافيش. ليس لدينا أي بوصلة، على الرغم من أن الآليات العصبية المماثلة ربما تكون قد نجت. ومع ذلك، فإن مثل هذا البحث له آثار عملية، كما يقول أولانوفسكي: “إن دراسة الملاحة في الثدييات تساعدنا على بناء فرضيات حول كيفية عمل آليات الملاحة في الدماغ البشري وكيف يمكن أن تتعطل، على سبيل المثال، في الأمراض التنكسية العصبية مثل مرض الزهايمر”.

واختتم قائلاً: “نأمل أن يشجع بحثنا المجموعات الأخرى، سواء في علوم الدماغ أو خارجها، على إخراج أبحاثهم من المختبر إلى الطبيعة”.