בראש המחקר עמד פרופ' אלי שילצרמן מאוניברסיטת וושינגטון, שהתראיין לאתר הידען על ממצאיו
נדידת פרפרי המונרך היא אחת התעלומות הגדולות של הטבע. זה החרק היחיד שנודד למרחקים של 4,500 קילומטרים מקנדה לאותו יער ממנו יצאו סבו וסבתו.
מסע הנדידה האורך כ-5-6 שבועות ארוך יותר מדור של פרפרים, למעט אלו שנולדו בסוף הקיץ שמאריכים ימים עד לגיל שבעה חודשים. לפיכך מרבית הפרפרים שמגיעים למקסיקו בעשרות מיליוניהם אינם אלו שיצאו מקנדה, אלא נולדו בדרך, מעין גרסה חרקית של יציאת מצרים. במהלך הנדידה מעופפים הפרפרים בגובה של עד שלושה קילומטרים לערך, והם מתקדמים בקצב של כ-70-90 קילומטרים ליום.
מדובר במחזה מרהיב של מיליוני פרפרים גדולים יחסית (עם מוטת כנפיים של עד 10 סנטימטר) טסים כענן אחד. המסתורין הזה קרוב לפתרון.
ביולוגים ומתמטיקאים חברו כדי לשחזר במודל ממוחשב את המצפן הפנימי שבו משתמשים פרפרי המונארך (דנאית מלכותית בעברית). ממצאיהם פורסמו בשבוע שעבר בכתב העת CELL.
החוקר הראשי, פרופ' אלי שילצרמן מאוניברסיטת וושינגטון מסביר כי כמתמטיקאי הוא רצה לדעת כיצד מחווטות מערכות הנוירונים של הפרפרים ומהם הכללים שניתן ללמוד מהם.
בראיון לאתר הידען מסביר שילצרמן, בוגר תואר ראשון בבר אילן במתמטיקה ומדעי המחשב, ושני ושלישי במכון ויצמן במתמטיקה שימושית ומדעי המחשב כי המעבדה שבראשה הוא עומד עוסקת בתחום מדעי חדש יחסית בתפר בין הנדסת אלקטרוניקה ומתמטיקה שימושית.
"אני כעקרון מתעניין במערכות נוירונים. כיצד הן בנויות ומהן עקרונות התקשורת בין נוירונים. מערכת הניווט של פרפרי המונרך מעניינת. הם עפים בסתיו יותר מ-4,000 קילומטר מצפון מזרח אמריקה למרכז מקסיקו. לוקח להם חודשיים להגיע ליעד שלהם, והם משתמשים במצפן פנימי המבוסס על השמש."
במקסיקו הפרפרים מעבירים את החורף, מתרבים, גם דור הבנים שלהם .רק דור הנכדים עושה את המסע חזרה וגם אז לא כולם מסיימים אותו. יש כאלה שעוצרים בצפון מקסיקו ובטקסס, מולידים דור נוסף שממשיך את המסע . גם אלו שעושים את המסע מחדש הם צאצאים של אלו שיצאו קודם לכן דרום מערבה.
אם כן, שאלנו את שילצרמן, לא מדובר בזכרון, אז איך הם יודעים שצריך לעוף ולאן לעוף, והוא משיב: "המנגנון שמאפשר זאת מבוסס על מערכת שאצלם מתוכנת גנטית כך שתגרום להם לערוך את המסע ולבצע אותו באופן אופטימלי משום שהם צריכים לעוף במשך כל היום ולחסוך באנרגיה. המחקרים הראו שהם יודעים לחשב את כיוון הטיסה שלהם ביחס לשמש כך שהם תמיד יטוסו לכיוון דרום מערב (או צפון מזרח). ברור שהשמש לא נמצאת באותו מקום אבל ה'מצפן' שלהם יודע לפצות בין השינוי האופקי של השמש ושעת היום – יש להם אפשרות להעריך כמה זמן עבר מאז זריחת השמש. הם יודעים מהו כיוון השמש ומפצים על תזוזותיה. הדבר היה ידוע לביולוגים. מה שהתעניינו בו במחקר הוא כיצד שני המרכיבים הללו התאחדו ביחד במערכת נוירונים כדי לבנות מערכת שתמיד תתקן אותם לעוף לכיוון הנכון."
בנינו מודל ממוחשב שמחקה את הנוירונים שלהם ומוציא פלט שאומר להם כיצד לתקן את כיוון הטיסה כדי שיטוסו כל הזמן לדרום מערב. בדקנו הרבה אפשריות לקונפיגורציה של מערכת הנוירונים שלהם ויצא שיש רק שני כיוונים אפשריים שמאפשרים טיסה לכיוון ברור יחיד למשך כל היום ביחס לשמש – צפון מזרח ודרום מערב, שני הכיוונים בהם משתמשים הפרפרים.
"השווינו בין הפלט של המודל לבין תיעוד הכיוון של פרפרי מונארך שעפו בתוך מעבדה באוניברסיטת מסצ'וסטס המכילה סימולטור. הפרפר יכול לעוף לאן שהוא רוצה, אבל הם בוחרים תמיד באותו כיוון."
"גילינו כמה דברים שהמודל שלנו הצליח להסביר שמאוד אופייני להקלטות הללו כמו למשל שאם הפרפר טועה בבוקר ובערב הוא לפעמים עושה כמה סיבובים עד שהוא חוזר לכיוון הטיסה הרצוי. המודל שלנו חוזה שכך יקרה בגלל מה שמכונה נקודות חלוקה – החלטה בכל רגע נתון האם לעוף ימינה או שמאלה. הנקודה הזו נמצאת קרוב לדרום מערב בבוקר ובערב ואם חוצים את הנקודה הזו חייבים לעשות סיבוב שלם עד שחוזרים חזרה לדרום מערב. מעניין לראות שתופעות כאלה גם קורות בניסוי עצמו בסימולטור.
הוכחנו איפא, שאין יותר תצורות אפשריות חוץ מהשניים הללו. הפרפרים במודל, במעבדה ובמציאות יכולים לנווט רק לשני כוונים דרום מערב או צפון מזרח.
"זה תחום חדש ומרתק ואני שמח להוביל אותו כאן באוניברסיטת וושינגטון. אנחנו חוקרים מערכות שונות כמו למשל חוש הריח של פרפרים ובכלל בחרקים, אנחנו גם חוקרים כיצד בנויה מערכת העצבים ביצורים פשוטים כמו תולעת סי אלגנס ובודקים מה מערכת כזו תוכל לעשות. המחקר הוא בשיתוף עם ביולוגים והמטרה היא ללמוד ובסופו של דבר אפילו ליישם את המנגנון במעגלים אלקטרוניים." מסכם שילצרמן.