מחקר ב-Nature Communications חושף תת-סוג של חיישני מגע בזקיק השפם שממוקם סמוך למרכז המסה ונשען על טבעת קולגן הפועלת כמו “משקולת מייצבת” — וכך החולדה מתעלמת מרטט השפם ומגיבה בדיוק גבוה רק כשיש מגע עם עצם חיצוני.
לפני יותר מעשרים שנה גילו מדעני מכון ויצמן למדע תופעה מסקרנת: עמוק בתוך זקיקי השפם של חולדות מסתתר סוג ייחודי של תאי עצב תחושתיים המתנהגים אחרת מכל מה שהיה מוכר עד אז. בעוד שערות השפם של חולדות נעות בעוצמה מצד לצד בתנועות קצביות, תאים אלה נותרים שלווים לגמרי, כאילו כל זה כלל אינו נוגע להם – ומשגרים אות עצבי אם ורק אם יוצר השפם מגע עם עצם חיצוני. איזו הנדסה ביולוגית מופלאה יכולה לאפשר לחיישן להתעלם מהתנועה שהחיה עצמה מייצרת, ולהגיב אך ורק למגע עם העולם החיצון, תהו אז החוקרים. כעת, במחקר המתפרסם בכתב-העת המדעי Nature Communications, נחשף הפתרון האבולוציוני לאתגר הנדסי מורכב זה.
בשונה משיערות רגילות, זיפי השפם של חולדות ומכרסמים אחרים כמו עכברים או אוגרים נטועים עמוק בעור בזקיקים ייעודיים, שכל אחד מהם מכיל מאות מכנורצפטורים – תאי עצב שממירים עיוותים מכניים שנגרמים ממגע או תנועה, לאות חשמלי המועבר למוח. לפני שני עשורים, פרופ' סאטומי אבארה מאוניברסיטת מייג'י לרפואה אינטגרטיבית בקיוטו, יפן, גילתה יחד עם עמיתיה כי ישנו מגוון רחב של סוגי מכנורצפטורים בזקיק השפם, וכל אחד מהם ממוקם בשכבה, רקמה ונישה משלו. ואולם, לא היה ברור כיצד אותם הבדלים בין המכנורצפטורים משפיעים על תפקודם.
"חולדות פעילות במיוחד בחסות החשכה ואינן מצוידות בראיית לילה מפותחת, לכן שפמים מדויקים חיוניים כל-כך להישרדותן"
בערך באותה עת, גילו מרצ'ין שווד, ד"ר קנאריק באגדאסאריאן ופרופ' אהוד אחישר במחלקה למדעי המוח במכון ויצמן, כי ניתן לזהות בין המכנורצפטורים שתי קבוצות משלימות מבחינה תפקודית. הראשונה, תאים המעבירים מידע למוח על תנועת זיפי השפם עצמה ללא קשר למגע שלהם בעצמים בסביבה, כונתה "נוירוני תנועה עצמית". השנייה, תאים המופעלים בעקבות מגע של זיפי השפם עם עצמים בסביבה, כונתה "נוירוני מגע". האחרונה, נותרת שקטה ואינה משגרת אותות חשמליים למוח כאשר זיפי השפם רוטטים באוויר הפתוח מבלי לגעת בדבר. אבל תגלית זו הולידה כאמור תעלומה: כיצד יכול תא עצב תחושתי להגיב לסוג אחד בלבד של גירוי מכני?
במחקר החדש, שהובילו תלמיד המחקר טאיגה מוראמוטו ופרופ' אבארה בשיתוף פעולה עם פרופ' טאקהירו פורוטה מאוניברסיטת אוסקה ועם פרופ' אחישר וד"ר באגדאסאריאן מהמכון, חזרו המדענים לתעלומה זו וניסו לפתור אותה 20 שנה אחרי בעזרת כלי מחקר מתקדמים שלא היו זמינים בשעתו. הם חשפו כי זקיק שפם החולדה מכיל ארגז כלים שלם של תחבולות מכניות, שהתפתחו לאורך האבולוציה, ומאפשרות להבחין ברגישות יוצאת דופן בין תנועה עצמית לבין מגע שמקורו בעולם החיצון.
המדענים הצליחו לאפיין במחקר החדש תת-סוג ייחודי של מכנורצפטורים בזקיק שפם החולדה שמותאם במיוחד לחישת מגע חיצוני. אלו הם תאי עצב שקצותיהם דומים למקלות קצרים ועבים, המזכירים אלת בייסבול, ומספרם הוא כ-50 בכל זקיק שפם. אחת התחבולות המונעות מתאים אלה להגיב בטעות לתנועה עצמית של השערות היא מיקומם – הם ממוקמים כולם במבנה חד-שכבתי טבעתי סמוך למרכז המסה של זקיק השפם. כשזיף השפם רוטט הוא נע בתנועה סיבובית סביב מרכז המסה שלו, כאשר מרכז המסה עצמו משמש כנקודת ציר שכמעט שאינה נעה, מה שהופך אותו מקום אידאלי לחיישני מגע הנדרשים לשמור על שקט כאשר השפם רוטט בעוצמה אך לא נוגע בדבר. תחבולה נוספת מזכירה פתרון מוכר מהנדסה של גורדי שחקים: משקולת מייצבת. בתוך זקיק השפם של החולדה שוכנת טבעת קולגן צפופה אשר מסתה ותלייתה מאפשרות לה לפעול כמו משקולת דינמית שמפחיתה את העיוותים המועברים לאזור הרגיש שבו יושבים החיישנים דמויי האלה בזמן התנועה העצמית של השערות.
כשבחנו המדענים מינים שאינם מרטיטים את שפמיהם כדי לגשש בסביבה, הם לא מצאו את אותם פטנטים אבולוציוניים. בחתולים, למשל, הטבעת המחזיקה את זיף השפם אינה תלויה כמשקולת מייצבת וסיבי הקולגן שלה פחות צפופים, כך שהחיישנים דמויי האלה נהנים פחות מבידוד מכני. כמו כן, הם אינם מסודרים בצורה חד-שכבתית ומיקומם אינו מוגבל רק למרכז המסה היציב של הזקיק כמו בחולדה.
"מחקר זה מדגים כיצד דיוק תפישתי מושג לאורך האבולוציה בעזרת עיצוב משולב של תבניות תנועה, תחבולות מכניות, מבנים אנטומיים ומעגלים עצביים", מתאר פרופ' אחישר. "חולדות פעילות במיוחד בחסות החשכה ואינן מצוידות בראיית לילה מפותחת, לכן שפמים מדויקים המסייעים להן לחוש את העולם גם מבלי לראותו היטב, חיוניים כל-כך להישרדותן".
מספרי מדע
בכל צד של חוטם החולדה ישנם כ-35 זיפי שפם שרוטטים בעוצמה כשהיא חוקרת את סביבתה, וכל אחד מהם מעביר מידע תחושתי על תנועה ומגע למוח באמצעות מאות מכנורצפטורים הממוקמים בזקיק שלו.
עוד בנושא באתר הידען:
