"זיכרון של תמנון", מחקר פורץ דרך בפקולטה למדעי הים ברופין

מחקר פורץ דרך בבי"ס למדעי הים ברופין: "התמנון מלמד אותנו על תהליכי זיכרון ולמידה ביונקים, על תנועה רב-מימדית ועל חומרים כימיים ייחודיים בעלי תכונות שלא הכרנו".

קרן ISF , בחרה להעניק תקציב מחקר בסכום גדול של 320.000 ש"ח לשנה למשך 4 שנים למחקר מרתק הנערך במעבדות הפקולטה למדעי הים במכמורת, על ידי ד"ר טל שמרת וד"ר ניר נשר, שנושאו: " בחינת למידה ומנגנונים נוירופיזיולוגיים בתמנון, של המערכת הכימו טקטילית (מעבדת קלטים כימיים ותחושתיים באמצעות הזרועות) והשוואתה למערכת נוירופיזיולוגית מקבילה ונפרדת המעבדת מידע חזותי.

תמנונים באקדמיה

התמנונים והדיונונים הנקראים "ראש רגליים" הינם חסרי חוליות השייכים למערכת הרכיכות. ה'ראש רגליים' ניחנו במוח מרכזי מפותח באופן יוצאי דופן לרכיכות ולחסרי חוליות בכלל. בנוסף, מתאפיינים הראש רגלים במורכבות וגמישות התנהגותית המשתווה ליונקים וציפורים.  תמנונים, יש לדעת, לדוגמה יכולים להתמודד עם משימות מורכבות כמו פתיחת כלים סגורים, למידה והבנה של מבוכים ויכולת שינוי גישה (אסטרטגיה) בתגובה לכישלון. בנוסף מראים התמנונים התנהגות מורכבת כמו למידה מהתבוננות בפרט אחר ובהשקעת זמן בהתנהגות משחק. מאפיין נוסף, הבולט במיוחד בתמנונים, הוא גוף הבנוי כמעט כולו מרקמות רכות. מאפיין זה מאפשר לתמנון גמישות ומספר דרגות חופש תנועה השואף לאין-סוף. מבנה הגוף של התמנון על זרועותיו הגמישות וכפתורי ההצמדה הפזורים לאורכן מאפשר ביצוע מגוון אדיר של פעולות ומניפולציות.

המבנה הייחודי הזה יוצר אתגר אדיר למערכת השליטה והבקרה העצבית, ולמעשה מחייב פיתוח אסטרטגיות מוטוריות ומנגנונים ייחודיים על מנת לאפשר את הפעולות וההתנהגות המוטורית של התמנון. לצד הפיזיולוגיה הייחודית, בדומה לבעלי חיים ימיים רבים אחרים, משתמשים 'הראש רגליים' בכימיה מגוונת למטרות צייד (ארסים) הגנה מטורפים והתמודדות כנגד לגורמי מחלה (ריר גוף). למעשה מהווה כימיה זו חלק חשוב ביכולת ההישרדות של התמנון. כל אלו הופכים את התמנון לאובייקט מחקר מרתק עם השלכות יישומיות מרחיקות לכת.

סגירת מעגל

החוקרים ד"ר ניר נשר וד"ר טל שמרת, הפכו את התמנון לאתגר מחקרי והמושא המרכזי בעבודתם האקדמית. שניהם בוגרי המחזור הראשון של התואר הראשון BSc במדעי הים והסביבה הימית, הייחודי לפקולטה במדעי הים שבמכמורת, ומחקר זה מהווה עבורם ועבור רופין ציון דרך משמעותי וחשוב. סדרת המחקרים נערכת בתמנונים ודיונונים במעבדות הפקולטה הממוקמות בקמפוס רופין במכמורת, המאפשרת סביבת מחקר קרובה ככל האפשר לבית הגידול הטבעי של התמנונים, הכולל מעבדת מים מלוחים שזורמים ישירות מהים. המחקרים בודקים היבטים נוירופיזיולוגים בהתנהגותם של הראש-רגליים בשלושה תחומים עיקריים שיש להם גם אספקטים יישומיים מובהקים:הבנת תהליכי למידה זיכרון והתנהגות מורכבת: מעבר להיותו יצור ימי ידידותי, הנחשב אינטלגנטי, התמנון הינו חיית מודל אידאלית לביולוגיה השוואתית. כלומר השוואת תהליכים במוח התמנון אל מול מוח יונק יכולה לשפוך אור לגבי עקרונות ביולוגים בסיסים בתהליכי זכרון למידה ועבוד מידע. מחקר זה מתבצע בשילוב של ניסויים התנהגותיים ושיטות מדידה אלקטרופיזיולוגיות ומולקולריות מרמת ההתנהגות אל רמת הרשת העצבית במוח. 

ד"ר ניר נשרד"ר טל שמרת

חקר מערכת עצב שריר והשליטה המוטורית: המחקר משלב שיטות מדידה אלקטרופיזיולוגיות, ביוכימיות ואימונוהיסטוכימיה. עושרן התנועתי של זרועותיו המורכבות של התמנון, כבר מהווה כיום למודל חיקוי למודלים רובוטים גמישים בעלי יכולות מורכבות חיפוש אחר חומרים כימיים ייחודיים: מיצוי, בידוד, ואיפיון מולקולות עם פעילות שימושית מהנוזלים שמפריש התמנון (רוק ומוקוס הגוף). בהתחשב בתפקיד המשואר של הפרשות אלו ניתן להניח שלמולקולות כאלו פוטנציאל יישומי גבוה. ואכן, כבר היום ידועות תכונות מסויימות של הפרשות התמנון בעלות פוטנציאל ל יישומים רבים בעולם הרפואה ואפילו בנושא ימיים קלאסיים.

ניר וטל, משתפים במחקרם תלמידי תארים ראשונים הלומדים בקמפוס מכמורת, בתכניות (BSc) למדעי הים והסביבה הימית ו(BSc) בביוטכנולוגיה ימית, נלהבים מהאפשרויות הטמונות בחקר היצורים הימיים הללו, שנודה על האמת, קל להתאהב בהם. "אנו מאמינים שלמודל המחקרי שמספק התמנון יש פוטנציאל להוות כלי משמעותי להבנת עקרונות חיוניים ואוניברסליים של בקרה ביולוגית, למידה וזיכרון בבעלי חיים עם התנהגויות מורכבות ואף לשמש כלי ומודל לתכנון מערכות שליטה רובוטיות רלוונטיות."

ההתפתחות הנפרדת של אזורי שליטה במוחו של התמנון 1. על בסיס מידע ויזואלי 2. על בסיס מידע כימי-טקטאלי - מגע מישוש זיהוי והגבה לכימיה- יוצרת אתגר כפול, מכיוון שלשתי המערכות יכולות למידה וזיכרון.
קרן ISF, בחרה להעניק את התקציב לקידום מחקרם המרתק, לארבע השנים הקרובות בהיקף נאה של 320 אל"ש לשנה..

בבסיסו של המחקר ההתמקדות בהבנת הקשר בין המבנה לתפקוד המוח המהווה אבן דרך חשובה להבנת מנגנוני שליטה, בקרה, למידה וזיכרון.
התמנון המהווה מודל יוצא דופן לחקר המוח ומנגנוני שליטה ובקרה ביולוגים, זאת מכיוון שלמרות שמוחו מתפתח בצורה מאוד שונה ממוחם של בעלי חוליות ויונקים, התוצאה הפונקציונלית מציבה את התמנונים ברמה דומה של מורכבות הן מהבחינה ההתנהגותית והן מבחינות קוגניטיביות. מכך, לשליטה והוצאה לפועל של התנהגויות מורכבות. השוואה מבנית ותפקודית בין שתי המערכות (חזותית וטקטלית) באותו בעל חים, כמו גם הבנת האינטראקציה ו"חלוקת העבודה" ביניהן יכולה לספק מידע רב להבנת תפקוד רשתות שליטה, למידה וזיכרון ביחס לאוריינטציה היישומית שלהן.