אי העטלפים: להרחיק עד קצה העולם כדי להבין את המוח

יותר מ-40 קילומטר מזרחית לחופי טנזניה שבמזרח אפריקה מצוי אי טרשים בלתי מיושב, מרוחק מכל יבשה אחרת, ששטחו דומה לזה של 7 מגרשי כדורגל. על פיסת הקרקע הצנועה הזו הקליטו מדעני מכון ויצמן למדע לראשונה אי פעם פעילות עצבית במוחם של יונקים בטבע. במחקר החדש, שממצאיו מתפרסמים היום בכתב-העת המדעי Science, הוקלטה באמצעות התקן זעיר הפעילות המוחית של עטלפים, ברמת דיוק של תא עצב בודד, בשעה שהם התעופפו באי. המדענים גילו כי מנגנון "המצפן הפנימי" במוחם של עטלפים הוא גלובלי, כלומר מספק מידע עקבי על הכיוונים בכל רחבי האי, והוא אינו תלוי בירח ובכוכבים. היכולת להתמצא במרחב בעזרת "מצפן פנימי" משותפת למינים רבים, וייתכן שאותו מנגנון שנחקר בעטלפים משמש גם אותנו בני-האדם.

בשנת 2018 יצא פרופ' נחום אולנובסקי, מהמחלקה למדעי המוח במכון, למסע חובק עולם בחיפוש אחר סביבה טבעית שתאפשר לו לחקור את מנגנוני הניווט של יונקים בטבע. "חיפשתי סביבה שתהיה מצד אחד גדולה מספיק כדי שנוכל לשחרר עטלפים וללמוד כיצד הם מנווטים, אך לא גדולה מדי, ללא עצים גבוהים, ומבודדת מכל יבשה אחרת – כדי שנוכל למצוא אותם בסיום ולאסוף את הקלטות הפעילות העצבית", מתאר פרופ’ אולנובסקי. "אפשר היה לחשוב שישנם אינספור איים מתאימים, אך גם לאחר סריקה עולמית שיטתית התקשינו למצוא את המקום הנכון. לילה אחר לילה גררתי את הסמן ב- Google Earth בחיפוש אחר אי מתאים באוקיינוס, עד שבאחד הלילות הבטתי בהגדלה גדולה יותר באזור שכבר סרקתי בעבר, ומצאתי את האי לת'ם".

מה לוקח מדען מוח לאי בודד? פרופ' אולנובסקי והמשלחת שאירגן הצטיידו בציוד קמפינג, באמצעי תקשורת לווייניים, בציוד מדעי רב שנשלח מישראל לטנזניה ואפילו בדייגים שאותם גייסו לצוות כדי שיהיה מה לאכול וכדי שיהיו סירות להפליג בהן. "יצאנו לדרך בפברואר 2023, בעונה שבה מזג האוויר באי אמור להיות נוח", הוא מתאר. "שכרנו בניין במכון הווטרינרי המרכזי של טנזניה, שיפצנו אותו והקמנו מעבדה. בחרנו שישה עטלפי פירות מקומיים, מאותו המין שחקרנו בעבר בישראל, והשתלנו להם התקן זעיר שמקליט פעילות מוחית ומשדר לנו את המיקום שלהם. זהו ההתקן הממוזער מסוגו בעולם, והוא פותח במיוחד לצורך הניסוי הזה. לאחר מכן, הפלגנו לאי. לרוע מזלנו, פרדי, הציקלון הטרופי הארוך בהיסטוריה של כדור-הארץ, השתולל עדיין כאלף קילומטרים דרומית אלינו וגרם לרוחות חזקות באי, שלא אפשרו לעטלפים להתעופף בשבוע הראשון. לבסוף, מזג האוויר התבהר והתחלנו בניסויים. בנסיעה השנייה, בשנת 2024, מזג האוויר האיר פנים ולא נתקלנו בשום סערות".

המשלחת לאי, בהובלת שקד פלגי, ד"ר סאיקט ריי וד"ר שיר מימון ממעבדתו של פרופ' אולנובסקי, נתנה תחילה לעטלפים להתאקלם לסביבה החדשה בתוך אוהל תעופה, ואחר כך כל עטלף שוחרר לעופף לבדו למשך 50-30 דקות מדי לילה. המדענים הקליטו בזמן מעוף העטלפים יותר מ-400 תאי עצב בעומק מוחם, באזורי מוח שידועים כקשורים לניווט. המדענים הבחינו כי בכל פעם שהעטלפים עפו כשראשם מופנה לכיוון מסוים – למשל צפון – הופעלה קבוצה ייחודית של תאי עצב, באופן שיצר "מצפן פנימי". ניווט באמצעות תאי כיוון ראש נצפה בעבר במעבדה, אך זו עדות ראשונה לקיומו בטבע. כשצוות החוקרים ניתח את המידע העצבי שהוקלט כאשר העטלפים עפו באזורים שונים באי, הם גילו כי הפעילות של תאי כיוון הראש היא עקבית ואמינה על פני כל האי, ומאפשרת לעטלפים התמצאות על פני שטח גיאוגרפי גדול.

""לילה אחר לילה גררתי את הסמן ב-Google Earth בחיפוש אחר אי מתאים באוקיינוס, עד שבאחד הלילות הבטתי בהגדלה גדולה יותר באזור שכבר סרקתי בעבר, ומצאתי את האי לת'ם"

"אחת השאלות הגדולות בניווט של יונקים הייתה האם תאי כיוון ראש פועלים כמצפן מקומי או כמצפן גלובלי", מסביר פרופ' אולנובסקי. "כלומר, האם קבוצת תאים מסוימת מאותתת תמיד על אותו כיוון, צפון נניח, או שהכיוונון של המצפן כולו משתנה בהתאם לסביבה. מצאנו שהמצפן גלובלי ואחיד: בלי קשר למקום שבו העטלף נמצא על האי או למה שהוא רואה מולו, אותם תאים במוח תמיד ייצגו את אותו כיוון; צפון נשאר צפון – ודרום נשאר דרום. ראינו שגם כאשר עטלף עבר מהחוף המערבי באי לחוף הדרומי, השינוי בכיוון קו החוף לא שיבש את המצפן, והוא אף נותר יציב כשהעטלף עף במהירויות ובגבהים שונים".

בשלב הבא, ניסו המדענים להבין על איזה מידע מסתמך המצפן של העטלפים. ציפורים נודדות מסתמכות למשל על השדה המגנטי האחיד של כדור-הארץ, בדומה למצפן מעשה ידי אדם, אך ככל הנראה אין זה כך בעטלפים. "בלילות הראשונים באי פעילות המצפן הייתה פחות יציבה", מתאר פרופ' אולנובסקי. "חזינו בתהליך של למידה הדרגתית עד שבלילה השלישי הכיוונון כבר נהיה יציב מאוד. למידה שכזו כלל לא מתיישבת עם שימוש בשדה המגנטי – שמטבע הדברים היה שם כבר מהלילה הראשון".

אפשרות אחרת להתמצאות במרחב, היא הסתמכות על סימני דרך בסביבה, כמו בניינים גבוהים בעיר גדולה. "הממצאים שלנו מרמזים שזו האפשרות המובילה, והיא מתיישבת עם הצורך ללמוד את הסביבה החדשה במשך כמה ימים", מתאר פרופ' אולנובסקי. "הסביבה הטבעית כוללת שפע של סימני דרך בולטים שניתן לראות, להריח או לשמוע. למשל הטופוגרפיה של האי לת'ם כללה, בין היתר, צוקים וסלעים גדולים שבאמצעותם ניתן לנווט. במקרה של עטלפי הפירות, הראייה היא החוש הדומיננטי ובעל טווח הקליטה הגדול ביותר, ולכן אנו סבורים שהם מסתמכים בעיקר עליה. בשונה מניווט לפי שדה מגנטי, מנגנון המבוסס על למידת סימני דרך דורש חישוביות עצבית מורכבת, בין היתר משום שרק חלק מסימני הדרך נראים מכל נקודה בסביבה".

ואולי בדומה לאדם ולבעלי-חיים אחרים גם העטלפים נושאים עיניים מעלה ומנווטים על פי השמש, הירח וקבוצות הכוכבים? גרמי השמיים אינם אותות יציבים – הם מופיעים, נעים ואז נעלמים – כך שניווט באמצעותם הוא מורכב. בניסויי מעבדה שנעשו בעבר נמצא שהזזת אובייקטים המזכירים את גרמי השמיים משפיעים על פעילות תאי כיוון הראש בעטלפים, אך כשהמדענים הקליטו את פעילותם בטבע לפני ואחרי שהירח עלה הם לא ראו כל שינוי. כמו כן, המצפן הפנימי של העטלפים נותר יציב בין אם הם ראו את הירח והכוכבים ובין אם עננים כיסו אותם.

"גילינו שהירח והכוכבים אינם חיוניים לניווט של עטלפים", אומר פרופ' אולנובסקי. "ועדיין, ייתכן שהמצפן שלהם כן משלב מידע מגרמי השמיים לצד סימני דרך מקומיים. הזווית של גרמי השמיים ביחס לבעל-החיים אינה תלויה במיקומו המדויק, ולכן היא יכולה לשמש ככלי לכיול המצפן – למשל, בלילה הראשון בסביבה חדשה כגון האי לת'ם, בעל-החיים יכול להשוות את המיקום של כל סימן דרך במרחב לגרם שמיים שמהווה 'אמת אבסולוטית', וכך להאיץ מאוד את תהליך הלמידה והתייצבות המצפן בסביבה החדשה".

תאי כיוון ראש הם מנגנון הניווט הבסיסי ביותר ביונקים וזה שמופיע בשלב המוקדם ביותר בהתפתחות המוחית שלאחר הלידה. הם גם קדומים אבולוציונית ומשותפים למינים רבים, מזבובים, דרך מכרסמים ועד עטלפים. "עד לא מזמן, אדם שלא יכול היה לנווט בעצמו לא היה שורד. גם בחיים המודרניים התמצאות במרחב יכולה להיות מצילת חיים. חקר ניווט ביונקים מאפשר לנו לשער כיצד פועלים מנגנוני הניווט במוחנו וכיצד הם עלולים להשתבש, למשל במחלות ניוון מוחי כגון אלצהיימר", מציין פרופ' אולנובסקי.

אף שבמחקרים קודמים יצרו החוקרים סביבה המדמה את המצב הטבעי, כולל חדרי תעופה גדולים ומנהרת עטלפים באורך 200 מטרים בקמפוס המכון, גם בתנאים אלה חסרה המורכבות שיש בטבע. "עד לא מזמן מחקר בטבע לא היה אפשרי והיכולת לצאת ולהקליט לראשונה פעילות מוחית בטבע התאפשרה בין היתר בזכות פיתוח הטכנולוגיות הנדרשות ומזעורן", מסביר פרופ' אולנובסקי. "אין ספק שמחקר בטבע הוא מורכב ובלתי צפוי; נדרשנו למשל לבקש מחברת לוויין מסחרית להזיז מעט את הלוויין שלה כדי לשפר את הקליטה באי. אך למרות הקשיים הכרוכים בכך, ממצאי המחקר ממחישים כי אין תחליף להעמדת הידע שנצבר במעבדה במבחן העולם האמיתי. אנו מקווים שהמחקר יהווה קריאת עידוד לקבוצות מחקר נוספות בתחום מדעי המוח ובתחומים נוספים להוציא מחקרים מהמעבדה לטבע".

במחקר השתתפו גם ד"ר ליאורה לס, יובל וסרמן, לירון בן-ארי, ד"ר תמיר אליאב, ד"ר אבישג תובל וחן כהן מהמחלקה למדעי המוח במכון ויצמן; ד"ר ג'וליוס ד. קייו מהמכון לחקר חיות בר של טנזניה; ד"ר עבדאללה א. עלי מאוניברסיטת המדינה של זנזיבר, טנזניה; ופרופ' הנריק מוריטסן מאוניברסיטת קרל פון אוסייצקי באולדנבורג, גרמניה.