ما انسان‌ها جهت‌یاب‌های همه‌کاره و ماهری هستیم، اما حشرات ممکن است مهارت‌های جهت‌یابی حتی بهتری داشته باشند. برای آن‌ها، ارزش این موضوع در معنای واقعی کلمه مرگ و زندگی است و به دلیل همین برتری است که ما تصمیم گرفتیم تعدادی مورچه و سوسک را منجمد کنیم (نگران نباشید، آن‌ها هنوز زنده مانده‌اند) تا در مورد نحوه به یادآوردن راه خانه خود پس از یک گردش بیشتر بدانیم.

مهارت‌های آن‌ها بسیار چشمگیر است. مورچه‌هایی که در نمکدان‌های صحرا زندگی می‌کنند، می‌توانند بیش از یک کیلومتر را طی کنند و همیشه موقعیت مکان خود را نسبت به لانه‌شان بدانند. هیچ عارضه یا ویژگی دیگری در آن زمین وجود ندارد که به مورچه‌ها کمک کند تشخیص دهند کجا هستند.

در عوض، مورچه‌ها همانند کاشفان بزرگی چون کریستف کلمب و فردیناند ماژلان، از موقعیت خورشید در آسمان به‌عنوان قطب‌نما و حرکت خود برای تخمین فواصل استفاده می‌کنند. اگر جهت و مسافتی را که از خانه دور شده‌اید را می‌دانید پس می‌توانید خطی بکشید که به آن جهت اشاره می‌کند و این به مورچه‌ها اجازه می‌دهد تا پس از یافتن غذا با خیال راحت به خانه بازگردند.

برای ارائه دیدگاهی در مورد کاری که این حشرات قابل‌توجه انجام می‌دهند، در نظر بگیرید که ۱ کیلومتر حدود ۱۰۰۰۰۰ برابر طول بدن یک مورچه است که معادل پیاده‌روی انسانی از نیویورک به واشنگتن دی سی و سپس بازگشت است و جالب آنکه آن‌ها همیشه مسیر صحیح و مقدار مسافت طی شده را می‌دانند؛ ما می‌خواستیم در مورد نحوه انجام این کار بیشتر بدانیم.

داخل مغز حشرات

به لطف پیشرفت‌های اخیر در میکروسکوپ و ژنتیک، دانشمندان توانسته‌اند سلول‌های مختلف مغز را وادار کنند که رنگ‌های مختلف نور ساطع کنند. این دستاورد بزرگ به محققان این امکان را داد تا تک‌تک نورون‌ها را تشخیص دهند و نحوه اتصال آن‌ها به یکدیگر را در کلاف عصبی که مغز را تشکیل می‌دهند، باز کنند.

این فن برای مشاهده اینکه چگونه مغز یک حشره مسیر خود را دنبال می‌کند – و شناسایی سلول‌های مغزی که سرعت حشره را در حین حرکت رمزگذاری می‌کنند – استفاده‌شده است.

مشاهده شد با این اطلاعات، مغز می‌تواند با افزودن مداوم سرعت فعلی خود به حافظه خود در طول سفر، مسافتی را که طی کرده است محاسبه کند، یعنی هم‌جهت و هم مسافت طی شده توسط حشره توسط نورون‌های مغز آن هنگام دور شدن از لانه خود کدگذاری می‌شود؛ اما چگونه این اطلاعات در حافظه آن‌ها ذخیره می‌شود تا بتوانند راه بازگشت خود را پیدا کنند؟

تحقیق در مورد حافظه

صادقانه بگویم، این‌یک معمای گیج‌کننده بود. حشرات در حال حرکت سریع باید حافظه مسیر و مسافت خود را دائماً در حال پرواز یا حرکت به‌روز کنند و درعین‌حال می‌توانند آن را برای چند روز به خاطر بسپارند.

این دو جنبه از حافظه – به‌روزرسانی سریع و ماندگاری طولانی – معمولاً ناسازگار در نظر گرفته می‌شوند، اما به نظر می‌رسد حشرات موفق به ترکیب آن‌ها می‌شوند.

ما تصمیم گرفتیم دقیقاً بررسی کنیم که چگونه حشرات موفق می‌شوند خاطرات را که دائماً به‌روز می‌شوند را در یک دوره زمانی طولانی به خاطر بسپارند و به این نتیجه رسیدیم که انجماد حشرات بهترین راه برای یافتن پاسخ است.

بله! عجیب به نظر می‌رسد، اما اجازه دهید توضیح دهم که چرا؟!

متخصصان بیهوشی می‌دانند که وقتی فردی تحت بیهوشی قرار می‌گیرد، چیزهای خاصی را که قبل از بیهوشی اتفاق افتاده فراموش می‌کند، اما بسته به نحوه ذخیره این خاطرات، موارد دیگری را به خاطر می‌آورد.

نزدیک‌ترین چیز به بیهوشی حشرات سرد کردن آن‌هاست. هنگامی‌که دمای آن‌ها به دمای ذوب یخ (۰ ºC) کاهش می‌یابد، فعالیت الکتریکی در مغز متوقف می‌شود و حشرات به کما می‌روند.

اگر خاطرات جهت و فاصله آن‌ها به‌عنوان فعالیت الکتریکی کوتاه‌مدت حفظ شود، زمانی که منجمد شوند از بین می‌رود، اما اگر در سیناپس‌های بین نورون‌ها (به‌عنوان خاطرات طولانی‌مدت) ذخیره شوند، حفظ می‌شوند.

بنابراین، مورچه‌ها و سوسک‌ها را زمانی که از لانه‌هایشان دور می‌شدند گرفتیم و به مدت ۳۰ دقیقه تا دمای ذوب یخ (۰ ºC) خنک کردیم. سپس آن‌ها را به دمای محیط برگرداندیم و پس از بهبودی، آن‌ها را در مکانی ناآشنا رها کردیم تا ببینیم چه خواهند کرد.

به‌طورمعمول، هنگامی‌که این حشرات در یک مکان ناآشنا در محیط خانه خود رها می‌شوند، مستقیماً به سمت جایی می‌دوند که اگر جابجا نمی‌شدند، لانه آن‌ها بود؛ یعنی به‌موازات مسیر عادی خود می‌دویدند و هنگامی‌که مسافت مورد انتظار را طی کردند شروع به جستجو برای ورودی لانه خود می‌کردند.

اما ما متوجه شدیم که حشراتی که یخ‌زده بودند در جهت مورد انتظار حرکت کردند، اما مسافتی را که باید طی کنند فراموش کرده بودند و این بدان معنی بود که آن‌ها خیلی زودتر شروع به جستجوی ورودی لانه خود کردند.

در ابتدا گیج‌کننده بود که حافظه فاصله زمانی که حافظه جهت حفظ می‌شد بدتر شد، این نتیجه تمایز واضحی را بین حافظه کوتاه‌مدت (فراموش‌شده) و حافظه بلندمدت (حفظ‌شده) که انتظار داشتیم ایجاد نکرد.

اما ما فکر می‌کنیم که بهترین توضیح برای این پدیده، دو خاطره مجزا نیست، بلکه یک حافظه مشترک است که هم‌جهت و هم مسافت را باهم رمزگذاری می‌کند و زمانی که حشره منجمد می‌شود تا حدی تحلیل می‌رود.

توضیح این رویداد این‌گونه است، تصور کنید که به‌جای به خاطر سپردن یک‌فاصله و یک‌جهت (زاویه)، موقعیت خود را در مختصات x-y، یعنی سیستم مختصات دکارتی که در مدرسه یاد گرفتیم، به خاطر می‌آورید.

سپس اگر مقداری از حافظه خود را از دست بدهید، هر دو مقدار x و y شما کاهش می‌یابد و با فرض از دست دادن نسبت مشابهی از حافظه در هر دو محور، درنهایت بافاصله کوتاه‌تری مواجه می‌شوید اما همچنان زاویه یا جهت یکسانی خواهید داشت.

به نظر می‌رسد که حشرات مدت‌ها قبل از رنه دکارت از سیستم مختصات دکارتی برای رسیدن به خانه استفاده کرده‌اند.

بسیار خوب، مسئله قابل‌فهم شد. چقدر جالب.

چه انسان و چه حشره، همه ما باید به خانه برگردیم. یادگیری نحوه یادآوری مغز حشرات به ما کمک می‌کند تا بفهمیم ما انسان‌ها نیز چگونه این کار را انجام می‌دهیم.

Ioannis Pisokas، کاندیدای دکترا در علوم اعصاب محاسباتی و BioRobotics، دانشگاه ادینبورگ. آجی نارندرا، مدرس ارشد دانشکده علوم طبیعی، دانشگاه مک کواری و آیسه یلماز-هوسینگر، محقق فوق دکترا در جانورشناسی عملکردی، دانشگاه لوند.

این مقاله با مجوز Creative Commons از The Conversation بازنشر شده است.

مقاله اصلی را بخوانید.