الفراشات تظهر قدرات معرفية مدهشة للعلماء

أظهرت دراسة نُشرت في مجلة دورية “كرنت بيولوجي” بتاريخ 18 أكتوبر/تشرين الأول أن نوعا معينا من الفراشات الاستوائية يتميز بدماغ متوسع وهيكل عصبي فريد مرتبط بقدرات معرفية متطورة.

ركزت الدراسة على فراشات “الهيليكونيوس”، وهي النوع الوحيد المعروف بتغذيها على كل من الرحيق وحبوب اللقاح، مما يتطلب منها امتلاك قدرات تعلم متقدمة وقدرة على تذكر المعلومات المكانية المتعلقة بمصادر الغذاء.

ويوضح الباحث الرئيسي، ماكس فارنورث، من كلية العلوم البيولوجية بجامعة بريستول الإنجليزية، أهمية هذه الدراسة في تصريحات للجزيرة نت بقوله: “إن الأهداف الأساسية لأبحاثنا حول الأساس العصبي للابتكار السلوكي لدى فراشات الهيليكونيوس تتلخص في تحديد كيفية حدوث الابتكار السلوكي. فهذه السلوكيات، مثل التغذي على حبوب اللقاح، يتم تحفيزها وتنفيذها بواسطة الدماغ”.

تتمتع هذه الفراشات بالقدرة على تعلم المسارات المثلى للوصول إلى مواردها الغذائية، وهي سمة معرفية نادرة بين الحشرات. ويكمن السبب وراء هذه القدرة في التوسع الملحوظ في جزء من الدماغ يعرف باسم “أجسام الفطر”، مرتبط بمهارات التعلم والذاكرة. والمقصود بالمسارات المثلى هو تحديد طرق ثابتة مثل مسارات الحافلات لتجميع الغذاء، مما يشير إلى أن لتلك الفراشة قدرة على التخطيط وتذكر مسارات محددة بين النباتات المزهرة، وهي عملية تتطلب عمل معقد من الخلايا العصبية في الدماغ.

أجسام الفطر

يقول فارنورث: “نركز على أجسام الفطر التي تشكل مراكز التعلم والذاكرة في دماغ الحشرات، وبالتالي فهي مسؤولة عن مختلف العمليات الإدراكية المختلفة بذاتها. ومن خلال دراسة تطورها وكيف تختلف وكيف تتغير دوائرها الأساسية، ساهمنا في فهم كيفية تطور الإدراك”.

وتعتبر “أجسام الفطر” إحدى الهياكل الرئيسية في دماغ المفصليات، بما في ذلك الحشرات. هذه الهياكل تلعب دورا مهما في التعلم والذاكرة، خاصة في معالجة المعلومات المتعلقة بحاسة الشم. وقد استخدم فريق البحث تقنية متقدمة لتحليل الأنسجة العصبية في أدمغة الفراشات، مما مكنهم من تحديد كيفية توسع الدوائر العصبية المرتبطة بالتعلم والذاكرة.

قام الباحثون بتحليل أدمغة فراشات الهيليكونيوس باستخدام أدوات متطورة مثل المجهر البؤري وتقنيات الكيمياء المناعية. ومن خلال هذه الأدوات، تمكن الفريق من تتبع التغيرات التي تطرأ على الدوائر العصبية في أدمغة هذه الفراشات، خاصة في الخلايا العصبية التي تُعرف باسم “خلايا كينيون”، التي تلعب دورا حاسما في عمليات التعلم والذاكرة.

الدماغ الفسيفسائي

تسهم الدراسة في فهم أعمق لكيفية تغير الدوائر العصبية لدعم الابتكار المعرفي، إذ أشار الباحثون إلى أن هذه التغيرات في الدوائر العصبية قد تساعد في تفسير كيف يمكن للكائنات تطوير قدرات معرفية جديدة استجابة لضغوط بيئية معينة. ورغم أن الدراسة ركزت على الفراشات، فإنها تقدم رؤى قد تكون ذات صلة بالكائنات الأخرى بما في ذلك البشر.

أحد المفاهيم الرئيسية التي تم تقديمها في الدراسة هو مفهوم “تطور الدماغ الفسيفسائي”، حيث تتوسع أجزاء من الدماغ بينما تظل أجزاء أخرى دون تغيير. هذا التوسع غير المتساوي يُشبه الفسيفساء، حيث تختلف القطع في الحجم والشكل ولكنها تسهم في بناء صورة كاملة.

ظهر المصطلح في ورقة بحثية مشهورة كتبها روبرت بارتون بول هارفي ونشرت عام 2000، وصف الباحثان أن مناطق الدماغ تختلف بشكل كبير ومستقل عن بعضها البعض في استجابتها للضغوط البيئية.

يقول فارنورث: “الدماغ لا يستجيب بزيادة جميع مناطقه على نحو مماثل، ولكن مناطق محددة مرتبطة وظيفيا بالضغوط المفروضة على النظام في المقام الأول. يضيف تحليلنا الكثير من المعلومات المهمة، حيث نظهر أن الفسيفساء يمكن أن تحدث أيضا في سلالات شقيقة متوازية من الخلايا العصبية، وهو ما فوجئنا به تماما.”

أظهرت الدراسة أن توسع الخلايا العصبية كان مختلفا بين أنواع معينة من الخلايا، مما أدى إلى ظهور هذا النمط الفسيفسائي. التغيرات التي لوحظت في خلايا محددة تُشير إلى أن هذه الأنواع من الفراشات قد طورت قدرات تعلم محددة للغاية تتعلق بالذاكرة البصرية والتعرف على الأنماط.

ألغاز لم تبح بأسرارها

ويقول فارنورث: “رغم أن دراستنا واهتماماتنا لا تقع في نطاق العلوم التطبيقية، فإن دراسة الدوائر العصبية في الأنظمة القابلة للتطويع مثل الحشرات لديها الإمكانية على توليد رؤى يمكن تطبيقها عموما على الدوائر العصبية الأخرى، مثل الدوائر العصبية البشرية” ويضيف “ندرك بالتأكيد أننا قد نكتشف، على وجه الخصوص، آلية تنموية وجينية ذات صلة وثيقة بالأمراض التنكسية العصبية”.

فيما يتعلق بالتطور المستقبلي لهذه الدراسة، يُخطط الفريق لاستكشاف المزيد من الدوائر العصبية في دماغ الفراشة، وزيادة دقة الخرائط العصبية باستخدام تقنيات متقدمة مثل تسلسل الخلية الواحدة. الهدف هو فهم كيفية تفاعل الخلايا العصبية الفردية على مستوى أعمق.

يختتم فارنورث: “تتضمن خططنا المستقبلية عدة فروع من البحث. أولا، نريد زيادة دقة ما نراه. نريد القيام بذلك باستخدام تقنيات أكثر تقدما مثل تسلسل الخلية الفردية، وتفاعل التهجين المتسلسل، وحقن الخلايا الفردية وغيرها من الإجراءات. بعد ذلك، نريد التعمق في الأسس الجينية والتنموية للدوائر العصبية التي تتغير وفقا للتغيرات السلوكية. نريد في الأساس أن نفهم بشكل أكثر وضوحا الروابط بين الجينات والسلوك، وربط التطور بالإدراك أيضا”.