هشام مزيان
المشرف العام
التوقيع : 
عدد الرسائل : 1762
الموقع : في قلب كل الاحبة
تعاليق : للعقل منهج واحد هو التعايش
تاريخ التسجيل : 09/02/2009
وســــــــــام النشــــــــــــــاط : 25
 | |  بوصلة في الداخل(*) الحاسة المغنطيسية لدى الحيوانات حقيقية. ويقترب العلماء من فهم كيف تعمل هذه الحاسة. | |
بوصلة في الداخل(*)
الحاسة المغنطيسية لدى الحيوانات حقيقية.
ويقترب العلماء من فهم كيف تعمل هذه الحاسة.
باختصار
عشرات من الأنواع الحيوانية، من النمل إلى الحيتان، لديها قدرات - موثقة
جيدا - للكشف عن المجال المغنطيسي الأرضي واستخدامه للتوجيه والملاحة.
بعد بضع بدايات خاطئة، ربما يكون الباحثون قد حددوا الآن موقع أعضاء هذه
الحاسة المغنطيسية، وأخيرا صاروا يفهمون الفيزياء التي تقوم عليها هذه
الحاسة.
بعض الحيوانات قد تستخدم جسيمات مغنطيسية مجهرية
(ميكروسكوبية) للكشف عن المجالات المغنطيسية، وبعضها الآخر قد يستغل
التأثيرات الكمومية في صبغات معينة في العين.
|
في عام 2007 ولفترة بدأت كأنها ستة أشهر لانهائية، قضت بيگال> [الباحثة في علم الحيوان بجامعة دوسبيرگ-إيسين في ألمانيا]
أمسياتها أمام شاشة حاسوبها، تحدق في صورة الماشية وهي ترعى. كانت تُحمّل
صور الأقمار الصنعية لمرعى للماشية من موقع گوگل إيرث(1)،
وتقوم بوضع علامة على كل بقرة على حدة، ثم تُحمّل الصورة التالية.
وبمساعدة المشاركين معها في البحث، وجدت <بيگال> في نهاية الأمر أن
المجترات الوادعة كانت تحسُّ بشيء ما. في المتوسط، كانت تميل قليلا إلى
توجيه أجسامها بمحاذاة محور الشمال-الجنوب. ولكنها لم تكن تتوجه إلى
الشمال الحقيقي، وهو ما كان يمكن أن تحدّده باستخدام الشمس كمرجع. وعوضا
عن ذلك، فقد كانت تعرف بطريقة ما كيف توجه نفسها نحو القطب الشمالي
المغنطيسي، الذي يحيد في شمال كندا مئات الكيلومترات إلى الجنوب من القطب
الجغرافي.
ومن ثم وجدت دراسة تبعت ذلك
المزيد من الأدلة على أن الحيوانات الكبيرة مثل الأبقار قادرة على التفاعل
مع المجال المغنطيسي للأرض: إذ ينعدم سلوك توجيه الجسم في المناطق القريبة
من خطوط الكهرباء العالية الڤلطية high-voltage (الجهد) التي تطغى على الإشارات الطفيفة الصادرة عن كوكب الأرض.
وحتى
عقود قليلة ماضية كانت دراسات مثل دراسة <بيگال> محط الاستهجان. فقد
كان الجميع يعلمون أن المواد العضوية لا تستجيب للمجالات المغنطيسية
الضعيفة مثل مجال الأرض، وأن الحيوانات غير مجهزة بقضبان مغنطيسية قد
تستخدمها كبوصلة. فقد تراجعت فكرة مِزْمَر> [من القرن الثامن عشر] القائلة بوجود «مغنطيسية حيوانية» - أي
فكرة أن مخلوقات حية تحوي سوائل مغنطيسية في أجسامها - منذ زمن بعيد إلى
مرتبة أدبيات الشعوذة.
واليوم يُقِر
المجتمع العلمي بأن بعض الحيوانات تستقبل وتستجيب للمجالات المغنطيسية،
وأن القدرة على القيام بذلك بالنسبة إلى العديد منها يجب أن يكون مساعدا
على بقائها، ولكن تفسير لماذا تحتاج الماشية إلى أن توجّه أجسامها
مغنطيسيا لا يزال غامضا. إلا أن تلك الحاسة قد وُثِّقت جيدا في عشرات
الأنواع - بدءا من تلك التي تهاجر موسميا، كطائر أبي الحناء robin والفراشات الملكية monarch butterflies إلى تلك الخبيرة في الملاحة، كالحمام الزاجل والسلاحف البحرية، ومن اللافقاريات، كأم الربيان lobster ونحل العسل والنمل، إلى الثدييات، كقوارض الخلد وأسد البحر، ومن البكتيريا الدقيقة إلى الحيتان العملاقة.
وما لا يعرفه أحد على وجه اليقين حتى الآن هو كيف تقوم المخلوقات الأخرى - عدا البكتيريا - بذلك بالتحديد. فيشير ريبپرت> [عالم الأعصاب في كلية ماساتشوستس للطب في وورستر] إلى أن
المغنطيسية هي «الحاسة الوحيدة التي نعرف عنها أقل ما يمكن.»
ولكن
في العقد الأخير أو نحو ذلك، بدأ التعاون بين البيولوجيين وعلماء الأرض
والفيزيائيين بطرح آليات معقولة وتحديد أجزاء محتملة من البُنى التشريحية
قد تُنفّذ فيها هذه الآليات. إلا أن أيا من هذه الأفكار لم تلق بعد قبولَ
كامل المجتمع العلمي، ومع ذلك فإن الأدلة التجريبية المُستخلصة حتى الآن
مدهشة حقا. فبعض الحيوانات قد تحوي أكثر من نوع واحد من الأعضاء
المغنطيسية. وفي حين يبدو أن بعض مجسات sensors المجال المغنطيسي البيولوجية تعمل كبوصلات قضيب مغنطيسي عادية، إلا أن عددا آخر قد يكون متجذرا في تأثيرات كمومية quantum دقيقة.
لا
يزال هذا الموضوع يأخذ نصيبه من الجدل. ولكن الاهتمام المتزايد بالاستقبال
المغنطيسي والتحسينات السريعة على الأساليب التجريبية قد يقود الباحثين في
السنوات القليلة المقبلة إلى حل لغز هذه الحاسة غير العادية.
الدافع إلى الهجرة(**)
قبل
نصف قرن تقريبا ظهرت أولى الإشارات الحديثة إلى أن الحيوانات في بعض
الأحيان تستخدم المجالات المغنطيسية لتوجيه سلوكها. فقد لاحظ الباحثون منذ
خمسينات القرن العشرين أن طيور أبي الحناء الأوروبية تحاول في فصل الخريف
على ما يبدو الهروب من القفص نحو الجنوب حيث تهاجر عادة، حتى ولو لم تتوفر
لها الإشارات البصرية التي تشير إلى موقع الجنوب. ومن ثم برهن ڤيلتشكو> [طالب في علم الأحياء بجامعة گوته في فرانكفورت] في منتصف
الستينات على أن الأسلاك الكهرمغنطيسية الملفوفة حول قفص الطيور قد تخدعها
بتوجيه محاولة الهرب في اتجاه خاطئ. دراسة <ڤيلتشكو> هذه كانت على
الأرجح أول دليل على الحاسة المغنطيسية، وجاء رد الفعل متشككا كما هو
متوقع. ويقول <ڤيلتشكو> [الذي تقاعد مؤخرا من عمله كأستاذ في گوته]:
«عندما وجدت أن المجال المغنطيسي يؤدي دورا ما في الاتجاه لدى أبي الحناء،
لم يصدق أحد ذلك.»
بعد وقت قصير من هذا الاكتشاف التقى <ڤيلتشكو> زوجة المستقبل، ورفيقة دربه في البحث العلمي روزوث>. وعكف الزوجان منذ ذلك الحين على دراسة الحاسة المغنطيسية
للطيور، مشتغلين في الغالب على الطيور التي يصطادونها بالشباك قرب
مختبراتهما. وبدأ الزوجان بنشر نتائج أبحاثهم المشتركة في عام 1972، عندما
كشفا أن طيور أبي الحناء حساسة ليس فقط للاتجاه الجغرافي للشمال المغنطيسي
ولكن أيضا إلى درجة ميل المجال المغنطيسي إلى الأرض بالنسبة إلى الأفق.
إذ
تتباين درجة ميل المجال المغنطيسي للأرض باستمرار من القطب إلى القطب
الآخر. فهذا المجال يشير نحو الأعلى عند القطب الجنوبي المغنطيسي، في حين
يشير إلى الأسفل عند القطب الشمالي المغنطيسي، ويكون أفقيا في منتصف
الطريق تقريبا عند «خط الاستواء المغنطيسي». والبوصلة العادية توازن
إبرتها أفقيا، وبالتالي لا يمكنها قياس ميل المجال، وتستجيب فقط لعناصرها
الجانبية. ولكن يتضح أن الطيور - وغيرها من الحيوانات الأخرى - تستطيع
القيام بما هو أفضل من ذلك، فقد تستخدم الميل لتقدير تقريبي للمسافة التي
تفصلها عن الأقطاب المغنطيسية.
لا
تقتصر التغيرات في مجال الأرض على التغيرات في الميل من قطب إلى القطب
الآخر. إذ تولد المعادن المغنطيسية في القشرة الأرضية شذوذات anomalies
محلية في كل من الاتجاه والقوة. ويبدو أن لدى بعض الحيوانات - خصوصا
السلاحف البحرية - خريطة ذهنية لتلك الشذوذات تساعدها على معرفة ليس فقط
موقع الشمال ولكن أيضا موقعها بالنسبة إلى وجهتها. وقد وجد لومان> [من جامعة كارولينا الشمالية في تشابل هيل] والباحثون العاملون
معه أن السلاحف البحرية التي يصطادونها تميل إلى الاستجابة للمجالات
المغنطيسية الاصطناعية التي تحاكي الظروف في المواقع المختلفة على طول طرق
الهجرة التي تتبعها هذه السلاحف. فتحاول السلاحف السباحة في الاتجاه الذي
سيقودها إلى وجهتها بدءا من تلك المواقع. ولكي تكون لدى الحيوان مثل حاسة
الخريطة المغنطيسية هذه، فمن المحتمل أن يحتاج الحيوان ليس فقط إلى اكتشاف
الشذوذات في ميل المجال المغنطيسي، بل أيضا التفاوت في قوتها.
ويعتقد بعض الباحثين أن للطيور حاسة الخريطة المغنطيسية إضافة إلى التوجيه المغنطيسي العادي، ولكن گاگلياردو> [خبيرة الشم عند الطيور من جامعة بيزا في إيطاليا] تقول إن
الدليل على حاسة الخريطة المغنطيسية هذه دليل ضعيف. إذ يبدو أن الطيور
قادرة على أن تجد طريقها كما يجب باستخدام الحواس الأخرى؛ وتضيف قائلة:
«فأربعون عاما من التلاعب بالمجال المغنطيسي لم تمنع الحمام الزاجل من
العودة إلى وطنه.» ولكنها تشير إلى أن الطيور تضل طريقها إذا ما حُرِمت من
حاسة الشم بقطع عصب الأنف جراحيا. وإضافة إلى ذلك، فإن الحمام الزاجل
المربّى في أقفاص تُفتح فقط نحو الأعلى، بحيث لا تستطيع هذه الطيور تحديد
الاتجاه الذي تصدر عنه الروائح البيئية، تكون غير قادرة على الملاحة.
وعليه، تقول <گاگلياردو>: «في حين أن الأدلة على أن الطيور تستطيع
تمييز الشمال المغنطيسي من جنوبه، أدلة راسخة جدا، إلا أنها تشك في أن
الحاسة المغنطيسية يمكن أن تقوم بما هو أكثر من ذلك.»
ولكن
عددا آخر من الخبراء يعتقد الآن أن للطيور نوعين متباينين من الحاسة
المغنطيسية كل منها مكيّف للعمل في استخدامات مختلفة، حاسة البوصلة لتحديد
اتجاه المجال وحاسة منفصلة هي «المقياس المغنطيسي» magnetometer
لقياس قوة المجال. ويرى آخرون أن العديد من الأدلة المختلفة تشير إلى وجود
حاسة واحدة أو أخرى، ولكن ليس الاثنتان في النوع الواحد. وأحد أسباب
التضارب هو الصعوبة الشديدة في تحديد التأثيرات السلوكية للمغنطيسية بدقة،
ويرجع ذلك جزئيا إلى أن الطيور والحيوانات الأخرى تستغل عددا من الإشارات
المختلفة في التوجيه والملاحة، فتستخدم الشمس والنجوم والقمر، ويمكنها
تعرف المعالم البارزة على الأرض والاتجاه السائد للأمواج في عرض البحر،
كما يمكنها تذكّر الروائح. ويشير ڤينكلهوفر> [جيوفيزيائي في جامعة لودڤيگ ماكسيميليان بميونخ] إلى أن
الحيوانات تستخدم عددا من الحواس في الملاحة. فيقول: «إنها تستخدم كل ما
هو متاح من إشارات. ومتى ما كانت إحدى الإشارات مبهمة، فستستخدم تلك
الأكثر وضوحا.»
وللأسف، فحتى أقوى
النتائج من التجارب المصممة بشكل جيد قد تُفسَّر بتفسيرات متعددة في أغلب
الأحيان. وإحدى أهم ملاحظات الزوجين <ڤيلتشكو> هي أن حاسة البوصلة
عند أبي الحناء لا تعمل في الظلام: فهي بحاجة إلى ضوء بموجة زرقاء، أو
بطول موجي قصير. وقد حصلا على هذه النتائج في ظروف المختبر التي تساعد على
عزل الإشارات بعضها عن بعض، ولكنها ظروف مصطنعة إلى حد ما. ولكن في دراسة
محورية أُجريت في عام 2004 وجد موريستن> [من جامعة أولدنبورگ في ألمانيا] وزملاؤه أدلة دامغة على وجود
تفاعل بين البوصلة والضوء في الطبيعة. فبيّنوا أن طيور الدّج thrushes التي تحلق ليلا, تُعيد معايرة حاستها المغنطيسية كل يوم عند غروب الشمس.
للقيام
بهذه التجربة، اصطاد فريق <موريستن> العشرات من طيور الدج في ولاية
إيلينوي بوسط الولايات المتحدة وثبّتوا عليها أجهزة البث اللاسلكي. وعند
غروب الشمس، أخضع الباحثون ثمانية عشر طيرا منها لمجال مغنطيسي يحاكي
المجال المغنطيسي الأرضي لكنه يشير إلى الشرق بدلا من الشمال. وبعد حلول
الظلام، فتحوا الأقفاص وأطلقوا الطيور. ومع تحليق الطيور بعيدا، طاردهم
أعضاء الفريق في سيارة أولدزموبيل من طراز عام 1982 مع هوائي كبير يبرز من
السقف، والذي تسبب في تكرار إيقاف الشرطة لهم. وفي حين استأنفت مجموعة
الطيور التي لم تخضع للمجال المغنطيسي هجرتها شمالا نحو ولاية ويسكونسن،
اتجهت الطيور الثمانية عشر التي أُخضعت للمجال المغنطيسي الأرضي الوهمي
غربا نحو ولاية أيوا أو ميسوري. ولكن في الليالي اللاحقة، حتى تلك الطيور
صحّحت مسارها واتجهت شمالا مرة أخرى.
[فرضية أولى]
الأسماك تفعل ذلك، وربما الطيور(***)
يشتبه بعض الباحثين في أن الحاسة المغنطيسية في الحيوانات هي في معظم الأحيان من قبيل ما هو موجود في خطم snouts
سمك التراوت من نوع قوس قزح. في هذه السمكة، تستجيب حزم من جسيمات
الماگنيتايت - وهو شكل من أكسيد الحديد يوجد في الخلايا الحسية - للتغير
في اتجاه المجال المغنطيسي الأرضي (نسبة إلى رأس السمكة) من خلال فتح
قنوات في غشاء الخلية (اللوحة في اليمين). وبعد مرور الأيونات عبر الغشاء
يرسل الغشاء إشارة تحمل المعلومات على طول العصب وصولا إلى الدماغ.
|
ومع
أن النتائج تشير إلى أن الطيور تعيد معايرة شمالها المغنطيسي عند الغسق،
اختلفت التفسيرات حول دور الضوء في هذه العملية. وأحد الاحتمالات هو أن
الطيور لديها بوصلة داخلية لا تعمل إلاّ بوجود الضوء، كما استنتج الزوجان
<ڤيلتشكو>. والتفسير الآخر يبدو معقولا بالدرجة نفسها: الطيور
تستخدم الشمس فقط كنقطة مرجعية لمعايرة بوصلة لا تحتاج إلى الضوء للقيام
بعملها فعليا. وفي الواقع، قد تستمر الطيور باستخدام بوصلتها طوال الليل.
ومن
الواضح أنه من غير المرجح أن تحل التجارب السلوكية وحدها هذه القضايا
بطريقة أو بأخرى. وفي النهاية، لا بد من تحديد ودراسة أعضاء الحس بصورة
مباشرة أكثر.
دلالات صدئة(****)
إن
البحث عن أعضاء حساسة مغنطيسيا هو أسوأ كوابيس عالِم التشريح. فقد تكون
المجسات خلايا منفردة ومعزولة في أي مكان داخل الجسم. وقد تحتوي على
جسيمات مغنطيسية مجهرية (ميكروسكوبية)(2) - تقوم بدور يشبه
إبرة البوصلة - يصعب تمييزها عند إجراء التحاليل على بقية الملوثات التي
قد توجد في عينات الأنسجة. كما أن الآلية المحتملة يجب أن تُلبي أيضا
متطلبات صارمة؛ وعلى وجه الخصوص، يجب أن تكون حساسة لمجالات مغنطيسية
ضعيفة كما هي الحال بالنسبة إلى مجال الأرض، ويجب أن تُميِّز بين الإشارة
المغنطيسية وضجيج الاهتزازات الجزيئية الطبيعية، وهو أمر يصعب بالذات أن
تقوم به بنية ميكروية (مجهرية). وحتى الآن فإن الآلية الوحيدة الـمُحدَّدة
والـمُفسَّرة بشكل لا لبس فيه، تحدث في البكتيريا.
[فرضية ثانية]
عيون مغنطيسية(*****)
يعتقد بعض العلماء أن بروتين الكريپتوكروم، الموجود في شبكية العين، قد
يكون المفتاح للحاسة المغنطيسية في الطيور. فقد تُحدِّد بعض خلايا العين
اتجاه الشمال بسبب تسارع أو تباطؤ تفاعل كيميائي اعتمادا على اتجاه المجال
المغنطيسي للأرض. ويبدأ رد الفعل عندما يصطدم فوتون الضوء بجزيء
الكريپتوكروم، فيفصل بين إلكترونين يدوران في العادة كزوج. وفي نهاية
المطاف يدفع ذلك الخلية إلى إطلاق إشارة إلى الدماغ، يدرك الحيوان منها
اتجاه المجال.
(1) في جزيء كريپتوكروم مستقر تدور الإلكترونات معا كأزواج، في وضع تكون محاذاة سبيناتها (دوراناتها المغزلية) - والسبين spin
هو النظير الفيزيائي الكمومي لمحور الشمال - الجنوب لقضيب مغنطيسي -
معاكسا بعضها بعضا أو متوازية في اتجاه مضاد. (اللوحة تصور إلكترونين فقط
من العديد من إلكترونات الجزيء).
(2) عندما يصطدم فوتون بالجزيء، فإنه يزيح واحدا من الإلكترونين في هذا الزوج إلى موقع آخر داخل الجزيء.
(3) وسيكون الإلكترونان الآن في واحدة من حالتين: متوازيين أو متوازيين في
اتجاه مضاد، وفي الواقع سيظلان لبعض الوقت في حالتيهما. ولكن اعتمادا على
الاتجاه الذي يتجه إليه المجال المغنطيسي الأرضي بالنسبة إلى عيني الطير،
فقد يظل الإلكترونان لوقت أطول في حالة دون الأخرى.
(4) هنا يحلّق الطائر نحو الشمال المغنطيسي، وهذا يدفع الإلكترونات إلى
البقاء لفترة أطول في الحالة الموازية في اتجاه مضاد. ولا تحدث أي تفاعلات
كيميائية. وعندئذ يمكن للإلكترون المزاح أن يعود إلى حالته المستقرة (إلى
أن يصدم الفوتون التالي).
(5) وإذا
انحرف الطير عن هذا المسار، ستقضي الإلكترونات فترة أطول في الحالة
الموازية. وعندها يحدث تفاعل كيميائي يبعد الإلكترون المزاح. وهذا التفاعل
سينبّه الحيوان إلى أنه لا يتجه شمالا.
إن الكثير من هذه التفاصيل، بما في ذلك كيف تترجم الطيور التفاعل
الكيميائي إلى إشارة مرسلة إلى الدماغ أو حتى ما قد يكون بالضبط التفاعل
الكيميائي، ما تزال غير معروفة.
|
عند
خطوط العرض حيث يكون ميل المجال المغنطيسي الأرضي حادا بما فيه الكفاية،
تقوم البكتيريا باستخدامه بمثابة ممثل للجاذبية لـ«معرفة» أي الاتجاهات هو
الأسفل فتتمكن من السباحة نحو قاع البحر الموحل، موئلها المفضل. وفي
سبعينات القرن العشرين، بيّن الباحثون أن هذه البكتيريا تحتوي على حزم من
جسيمات مجهرية من الماگنيتايت magnetite، شكل شديد المغنطيسية من أكسيد الحديد، تصطف معا ومع المجال المغنطيسي وبذلك توجّه الكائنات كلها في الاتجاه الصحيح.
قدّمت
البكتيريا نموذجا طبيعيا لمحاولة فهم الاستقبال المغنطيسي بشكل عام. وفي
الثمانينات من القرن العشرين اقترح الجيوبيولوجي كيرشڤينك> [الذي يعمل الآن في معهد كاليفورنيا للتقانة] وآخرون أن بنى
قائمة على الماگنيتايت قد توجد عبر المملكة الحيوانية جميعها. وبدأ
العلماء بالبحث عن هذه الجسيمات في الحيوانات الحساسة مغنطيسيا.
| |
|
اليوم في 12:30 pm من طرف