سافر علماء الأعصاب من معهد وايزمان إلى جزيرة نائية بالقرب من زنجبار لتسجيل نشاط أدمغة الثدييات في البرية لأول مرة ودراسة كيفية عمل البوصلة الداخلية التي تستخدمها للتنقل.
على بُعد أكثر من 40 كيلومترًا شرق ساحل تنزانيا في شرق أفريقيا، تقع جزيرة صخرية غير مأهولة، بعيدة عن أي يابسة أخرى، بمساحة تُعادل مساحة سبعة ملاعب كرة قدم. على هذه القطعة المتواضعة من الأرض، سجّل علماء معهد وايزمان للعلوم النشاط العصبي في أدمغة الثدييات البرية لأول مرة على الإطلاق. في الدراسة الجديدة، التي نُشرت نتائجها منشورة اليوم في المجلة العلمية علومسُجِّل نشاط أدمغة الخفافيش باستخدام جهاز صغير، بدقة خلية عصبية واحدة، أثناء تحليقها حول الجزيرة. اكتشف العلماء أن آلية "البوصلة الداخلية" في أدمغة الخفافيش عالمية، أي أنها توفر معلومات متسقة حول الاتجاهات في جميع أنحاء الجزيرة، وهي مستقلة عن القمر والنجوم. القدرة على التنقل في الفضاء بمساعدة "البوصلة الداخلية" شائعة لدى العديد من الأنواع، ومن المحتمل أن نستخدم نحن البشر الآلية نفسها التي دُرست لدى الخفافيش.
في عام 2018، أصبح البروفيسور ناحوم أولانوفسكيمن قسم علوم الأعصاب بالمعهد، في رحلة عالمية بحثًا عن بيئة طبيعية تُمكّنه من دراسة آليات الملاحة لدى الثدييات في البرية. يصف البروفيسور أولانوفسكي: "كنت أبحث عن بيئة واسعة بما يكفي لإطلاق الخفافيش ودراسة كيفية تنقلها، ولكن ليست كبيرة جدًا، خالية من الأشجار العالية، ومعزولة عن أي أرض أخرى - حتى نتمكن من العثور عليها في النهاية وجمع تسجيلات النشاط العصبي". ويضيف: "قد يظن المرء أن هناك عددًا لا يُحصى من الجزر المناسبة، ولكن حتى بعد مسح عالمي منهجي، واجهنا صعوبة في العثور على المكان المناسب. ليلة تلو الأخرى، كنت أسحب مؤشر الماوس على جوجل إيرث بحثًا عن جزيرة مناسبة في المحيط، إلى أن نظرت في إحدى الليالي إلى منطقة مُكبّرةً بشكل أكبر، وكنت قد مسحتها سابقًا، ووجدت جزيرة لاثام".
ماذا يأخذ عالم أعصاب إلى جزيرة مهجورة؟ جهّز البروفيسور أولانوفسكي والبعثة التي نظّمها أنفسهم بمعدات تخييم، واتصالات عبر الأقمار الصناعية، والعديد من المعدات العلمية المرسلة من إسرائيل إلى تنزانيا، وحتى صيادين جُنّدوا للانضمام إلى الفريق لتوفير الطعام والقوارب للإبحار. يصف قائلاً: "انطلقنا في فبراير 2023، خلال الموسم الذي يُفترض أن يكون فيه الطقس في الجزيرة لطيفًا". استأجرنا مبنىً في المعهد البيطري المركزي في تنزانيا، وقمنا بتجديده، وأنشأنا مختبرًا. اخترنا ستة خفافيش فاكهة محلية، من نفس النوع الذي درسناه سابقًا في إسرائيل، وزرعنا فيها جهازًا صغيرًا يسجل نشاط الدماغ وينقل إلينا موقعها. هذا الجهاز هو الأصغر من نوعه في العالم، وقد طُوّر خصيصًا لهذه التجربة. ثم أبحرنا إلى الجزيرة. لسوء حظنا، كان فريدي، أطول إعصار استوائي في تاريخ الأرض، لا يزال يهبّ على بُعد حوالي ألف كيلومتر جنوبنا، مسببًا رياحًا قوية على الجزيرة، مما حال دون تحليق الخفافيش في الأسبوع الأول. أخيرًا، تحسن الطقس وبدأنا التجارب. في الرحلة الثانية، عام ٢٠٢٤، تحسن الطقس ولم نواجه أي عواصف.
أتاحت البعثة الاستكشافية إلى الجزيرة، بقيادة شاكيد بيلاجي، والدكتور سايكات راي، والدكتور شير ميمون من مختبر البروفيسور أولانوفسكي، للخفافيش في البداية التأقلم مع البيئة الجديدة في خيمة طيران، ثم أُطلق سراح كل خفاش ليطير بمفرده لمدة 30-50 دقيقة كل ليلة. أثناء طيران الخفافيش، سجل العلماء نشاط أكثر من 400 خلية عصبية في أعماق أدمغتها، في مناطق معروفة بارتباطها بالملاحة. لاحظ العلماء أنه كلما حلقت الخفافيش ورؤوسها متجهة نحو اتجاه معين - شمالًا مثلاً - تنشط مجموعة فريدة من الخلايا العصبية، مما يُنشئ "بوصلة داخلية". وقد رُصدت الملاحة باستخدام خلايا توجيه الرأس سابقًا في المختبر، ولكن هذا أول دليل على وجودها في الطبيعة. عندما حلل فريق البحث المعلومات العصبية المسجلة أثناء طيران الخفافيش عبر مناطق مختلفة من الجزيرة، اكتشفوا أن نشاط خلايا توجيه الرأس كان متسقًا وموثوقًا به في جميع أنحاء الجزيرة، مما سمح للخفافيش بتوجيه نفسها عبر مساحة جغرافية واسعة.
يوضح البروفيسور أولانوفسكي: "كان أحد أهم الأسئلة في مجال الملاحة لدى الثدييات هو ما إذا كانت خلايا توجيه الرأس تعمل كبوصلة محلية أم عالمية. أي، هل تشير مجموعة معينة من الخلايا دائمًا إلى نفس الاتجاه، لنقل الشمال، أم أن اتجاه البوصلة بأكملها يتغير تبعًا للبيئة. وجدنا أن البوصلة عالمية وموحدة: بغض النظر عن مكان الخفاش على الجزيرة أو ما يراه أمامه، فإن نفس الخلايا في الدماغ تمثل دائمًا الاتجاه نفسه؛ فالشمال يبقى شمالًا، والجنوب يبقى جنوبًا. ولاحظنا أنه حتى عندما ينتقل الخفاش من الساحل الغربي للجزيرة إلى الساحل الجنوبي، فإن تغير اتجاه خط الساحل لم يُعطّل البوصلة، بل ظلت ثابتة حتى عندما طار الخفاش بسرعات وارتفاعات مختلفة."
بعد ذلك، حاول العلماء فهم المعلومات التي تعتمد عليها بوصلة الخفافيش. على سبيل المثال، تعتمد الطيور المهاجرة على المجال المغناطيسي المنتظم للأرض، على غرار البوصلة الاصطناعية، ولكن يبدو أن هذا لا ينطبق على الخفافيش. يوضح البروفيسور أولانوفسكي: "خلال الليالي القليلة الأولى من نشاط الجزيرة، كانت البوصلة أقل استقرارًا. لاحظنا عملية تعلم تدريجية حتى أصبح ضبطها مستقرًا للغاية بحلول الليلة الثالثة. هذا التعلم لا يتوافق إطلاقًا مع استخدام المجال المغناطيسي - والذي كان موجودًا بالفعل منذ الليلة الأولى بالطبع".
هناك خيار آخر للتوجيه المكاني يتمثل في الاعتماد على المعالم في البيئة، مثل المباني الشاهقة في المدن الكبيرة. يوضح البروفيسور أولانوفسكي: "تشير نتائجنا إلى أن هذا هو الخيار الأمثل، وهو متوافق مع ضرورة تعلم البيئة الجديدة على مدار عدة أيام". ويضيف: "تضم البيئة الطبيعية وفرة من المعالم البارزة التي يمكن رؤيتها أو شمها أو سماعها. على سبيل المثال، تضمنت تضاريس جزيرة لاثام، من بين أمور أخرى، منحدرات وصخورًا كبيرة يمكن استخدامها للتنقل. في حالة خفافيش الفاكهة، يُعد البصر الحاسة السائدة وله نطاق امتصاص أوسع، لذلك نعتقد أنها تعتمد عليه بشكل أساسي. بخلاف الملاحة باستخدام المجال المغناطيسي، تتطلب الآلية القائمة على تعلم المعالم حوسبة عصبية معقدة، من بين أمور أخرى، لأن بعض المعالم فقط تكون مرئية من جميع نقاط البيئة".
وربما، مثل البشر والحيوانات الأخرى، تنظر الخفافيش أيضًا إلى الأعلى وتتحرك مستعينةً بالشمس والقمر والأبراج؟ الأجرام السماوية ليست إشارات مستقرة - فهي تظهر وتتحرك ثم تختفي - لذا فإن التنقل بواسطتها معقد. وقد وجدت تجارب مخبرية سابقة أن الأجسام المتحركة التي تشبه الأجرام السماوية تؤثر على نشاط خلايا توجيه الرأس لدى الخفافيش، ولكن عندما سجل العلماء نشاطها في البرية قبل شروق القمر وبعده، لم يلاحظوا أي تغيير. وبالمثل، ظلت البوصلة الداخلية للخفافيش مستقرة سواء رأت القمر والنجوم أو كانت مغطاة بالغيوم.
يقول البروفيسور أولانوفسكي: "وجدنا أن القمر والنجوم ليستا أساسيتين لملاحة الخفافيش. ومع ذلك، قد تجمع بوصلتها معلومات من الأجرام السماوية إلى جانب المعالم المحلية. لا تعتمد زاوية الأجرام السماوية بالنسبة للحيوان على موقعه الدقيق، وبالتالي يمكن استخدامها كأداة لمعايرة البوصلة - على سبيل المثال، في الليلة الأولى في بيئة جديدة مثل جزيرة لاثام، يستطيع الحيوان مقارنة موقع كل معلم في الفضاء بجرم سماوي يُمثل "حقيقة مطلقة"، مما يُسرّع بشكل كبير عملية تعلم البوصلة واستقرارها في البيئة الجديدة."
خلايا توجيه الرأس هي الآلية الملاحية الأساسية لدى الثدييات، والتي تظهر في المراحل المبكرة من نمو الدماغ بعد الولادة. كما أنها قديمة من الناحية التطورية، وتشترك فيها أنواع عديدة، من الذباب إلى القوارض والخفافيش. ويشير البروفيسور أولانوفسكي إلى أنه "حتى وقت قريب، لم يكن من الممكن لشخص لا يستطيع التوجيه بمفرده أن ينجو. حتى في الحياة العصرية، يمكن أن يكون التوجيه المكاني منقذًا للحياة. تتيح لنا دراسة الملاحة لدى الثدييات التكهن بكيفية عمل آليات الملاحة في أدمغتنا، وكيف يمكن أن تتعطل، على سبيل المثال في الأمراض العصبية التنكسية مثل الزهايمر".
على الرغم من أن الباحثين في دراسات سابقة أنشأوا بيئة تُحاكي البيئة الطبيعية، بما في ذلك غرف طيران كبيرة ونفق خفافيش بطول 200 متر في حرم المعهد، إلا أن تعقيد الطبيعة يبقى غائبًا حتى في ظل هذه الظروف. يوضح البروفيسور أولانوفسكي: "حتى وقت قريب، لم يكن من الممكن إجراء البحوث في الطبيعة، وقد أُتيحت القدرة على الخروج وتسجيل نشاط الدماغ في الطبيعة لأول مرة، جزئيًا، بفضل تطوير وتصغير التقنيات اللازمة". ويضيف: "لا شك أن البحوث في الطبيعة معقدة وغير متوقعة؛ على سبيل المثال، اضطررنا إلى طلب من شركة أقمار صناعية تجارية تحريك قمرها الصناعي قليلًا لتحسين الاستقبال في الجزيرة. ولكن على الرغم من الصعوبات التي ينطوي عليها ذلك، تُوضح نتائج الدراسة أنه لا بديل عن تطبيق المعرفة المكتسبة في المختبر على أرض الواقع. نأمل أن تُشكل هذه الدراسة نداءً لتشجيع مجموعات بحثية أخرى في مجال علم الأعصاب وغيره من المجالات على نقل البحوث من المختبر إلى الطبيعة".
كما شارك في الدراسة الدكتورة ليؤرا ليس، ويوفال واسرمان، وليرون بن آري، والدكتور تامير إلياف، والدكتور أفيساج توفال، وتشين كوهين من قسم علوم الأعصاب في معهد وايزمان؛ والدكتور يوليوس د. كيوج من معهد أبحاث الحياة البرية في تنزانيا؛ والدكتور عبد الله أ. علي من جامعة ولاية زنجبار، تنزانيا؛ والبروفيسور هنريك موريتزن من جامعة كارل فون أوسيتزكي في أولدنبورغ، ألمانيا.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
