Oko 40 kilometara istočno od obale Tanzanije u istočnoj Africi nalazi se ostrvo Lejtem - stjenovito, potpuno izolovano i nenaseljeno parče zemlje veliko otprilike kao sedam fudbalskih terena.
Upravo na ovom neočekivanom mjestu istraživači iz izraelskog Instituta za nauku Vajcman zabilježili su, po prvi put dosad, nervnu aktivnost sisara u divljini.
Koristili su mali uređaj za snimanje, na nivou pojedinačnih neurona, moždane aktivnosti velikih slijepih miševa dok su letjeli širom ostrva. Naučnici su otkrili da je nervni „kompas“ slijepih miševa globalan, obezbjeđuje stabilne informacije o pravcu širom cijelog ostrva i ne zavisi od Mjeseca ili zvijezda.
Mnoge vrste imaju bihevioralnu sposobnost da se orijentišu pomoću „unutrašnjeg kompasa“ i sasvim je moguće da se ljudi oslanjaju na isti nervni mehanizam koji je proučavan kod ovih slijepih miševa.
Godine 2018, istraživači su krenuli u potragu širom svijeta za prirodnim okruženjem koje bi omogućilo proučavanje navigacije sisara u divljini.
„Tražili smo područje koje je dovoljno veliko da oslobodimo slijepe miševe i pratimo njihovu navigaciju, ali ne preveliko, bez visokog drveća i izolovano od drugog kopna, kako bismo ih lako mogli ponovo uhvatiti i dobiti snimke njihove moždane aktivnosti.“
Mogli biste pomisliti da postoji mnoštvo pogodnih ostrva, ali čak ni posle sistematske potrage širom svijeta nismo mogli pronaći odgovarajuće. Tokom naporne potrage za nekim ostrvom usred okeana, pomoću kompjuterskog programa Google Earth otkrili smo ostrvo Lejtem, kažu istraživači.
Ostrvo se nalazi blizu ekvatora; tokom godine postoje dvije sušne sezone sa generalno prijatnim vremenom, kažu oni. Ekspedicija je počela u februaru 2023, kada su bili očekivani pogodni vremenski uslovi.
„Izabrali smo šest slijepih miševa iste vrste koju smo prethodno proučavali u Izraelu i u njih implantirali male uređaje koji snimaju moždanu aktivnost i putem GPS-a prenose njihovu lokaciju. Ovo je najmanji uređaj svoje vrste na svijetu, razvijen posebno za ovu studiju. Zatim smo otplovili na ostrvo“, kažu istraživači.
Nažalost, ciklon Fredi, najduži tropski ciklon ikad zabilježen, još je bijesnio oko 1.500 kilometara južno, stvarajući jake vjetrove na ostrvu i sprječavajući slijepim miševima da lete tokom prve sedmice. Na kraju se vrijeme popravilo i eksperiment je počeo. Prilikom drugog putovanja, 2024, vrijeme je bilo mnogo povoljnije, bez oluja.
Slijepi miševi su se prvo aklimatizovali, a onda je svake noći po jedan pušten da leti 30–50 minuta. Istraživači su snimali aktivnost više od 400 neurona duboko u njihovim mozgovima, u oblastima za koje se zna da su uključene u navigaciju.
Otkriveno je da svaki put kad su slijepi miševi letjeli sa glavom okrenutom u određenom pravcu, npr. ka sjeveru, specifična grupa neurona postaje aktivna, stvarajući „interni kompas“. Navigacija putem usmjerenih neurona viđena je ranije u laboratorijskim uslovima, ali je ovo prvi dokaz da se dešava i u prirodi.
Kad su analizirani snimci iz različitih dijelova ostrva, otkriveno je da je aktivnost ćelija pobuđenih usmjerenošću glave bila dosljedna i pouzdana širom cijelog ostrva, omogućavajući slijepim miševima da se orijentišu na velikom geografskom prostoru.
„Jedno od velikih pitanja u navigaciji sisara jeste da li ćelije pobuđene usmjerenošću glave funkcionišu kao lokalni ili globalni kompas“, kažu istraživači. „Drugačije rečeno, da li je data grupa ćelija uvijek okrenuta u istom pravcu ili se cijeli kompas reorijentiše zavisno od lokalnog okruženja?“
„Otkrili smo da je kompas globalan i ujednačen: bez obzira na to gdje se slijepi miš nalazi na ostrvu i šta vidi, određene ćelije su uvijek usmjerene u istom pravcu, sjever ostaje sjever, a jug ostaje jug. Također smo vidjeli da promjena pravca obalske linije nije poremetila kompas kad bi slijepi miš prešao sa zapadne obale ostrva na južnu. Osim toga, kompas je ostao postojan čak i kad su slijepi miševi letjeli različitim brzinama i na različitim visinama.“
Sljedeće pitanje bilo je na koje informacije se kompas slijepih miševa oslanja. Mnoge ptice selice koriste Zemljino magnetsko polje, čiji pravac je konstantan, baš kao kod kompasa ljudske proizvodnje. Međutim, izgleda da to nije tako kod slijepih miševa.
Tokom prvih noći na ostrvu, aktivnost neuronskog kompasa nije bila baš stabilna. Istraživači su posmatrali proces postepenog učenja, sve dok treće noći orijentacija slijepih miševa nije postala veoma stabilna. Takvo učenje nije u skladu sa upotrebom magnetskog polja, koje je bilo prisutno od prve noći.
Drugi način orijentacije u prostoru je oslanjanje na obilježja u okolini, poput visokih stijena ili litica.
„Naša saznanja ukazuju da je to najvjerovatnija opcija i u skladu je sa potrebom da se upozna novo okruženje tokom nekoliko dana“, kažu istraživači. „Svako prirodno okruženje je puno obilježja koja se mogu vidjeti, namirisati ili čuti. Topografija ostrva Lejtem uključivala je litice i velike stijene koje su mogle poslužiti kao navigacioni znakovi.“
Kod ovih slijepih miševa vid je dominantno čulo i ima najveći domet, pa se pretpostavlja da se uglavnom oslanjaju na vid. Za razliku od navigacije zasnovane na magnetskim poljima, sistem koji zavisi od učenja orijentira zahtijeva složene nervne računice, djelimično zato što su samo neki od njih vidljivi sa određene tačke. Upravo zbog toga upotreba ovog sistema zahtijeva nekoliko dana, odnosno noći, učenja.
Mogu li slijepi miševi, poput ljudi i drugih životinja, da se orijentišu gledajući u nebo i koristeći Sunce, Mjesec i zvijezde? Nebeska tijela su nestabilni znakovi, pojavljuju se, pomjeraju i onda nestaju, tako da je njihovo korištenje za navigaciju komplikovano.
Ranije laboratorijske studije pokazale su da pokretni objekti koji podsjećaju na nebeska tijela mogu utjecati na aktivnost ćelija pobuđenih usmjerenošću glave u mozgu sisara, ali kad su istraživači bilježili aktivnost ovih ćelija kod slijepih miševa u divljini prije i poslije izlaska Mjeseca, nisu primijetili nikakvu promjenu. Isto tako, interni kompas slijepih miševa ostao je stabilan i tačan bez obzira na to da li su Mjesec i zvijezde bili vidljivi ili zaklonjeni oblacima.
„Otkrili smo da Mjesec i zvijezde nisu bitni za navigaciju slijepih miševa“, kažu istraživači. „Ipak, moguće je da njihov kompas integriše nebeske znakove sa lokalnim orijentirima. Ugao nebeskih tijela u odnosu na životinju ne zavisi od njene precizne lokacije, tako da ta tijela mogu poslužiti za kalibraciju kompasa. Na primjer, tokom prve noći u novom okruženju kao što je ostrvo Lejtem, slijepi miševi su mogli uporediti poziciju orijentira sa pozicijom nebeskih tijela, obezbjeđujući ‘apsolutnu istinu’, što bi znatno ubrzalo učenje i stabilizovalo kompas.“
Ćelije pobuđene usmjerenošću glave su najosnovniji navigacioni mehanizam kod sisara i pojavljuju se u najranijem stadijumu razvoja mozga nakon rođenja. Takođe su evoluciono sačuvane, nalaze se kod vrsta u rasponu od muha preko glodara do slijepih miševa.
„Donedavno, osoba nesposobna za navigaciju ne bi preživjela. Čak i danas, sposobnost orijentacije može biti spasonosna. Proučavanje navigacije kod sisara pomaže nam da pretpostavimo kako mehanizmi navigacije funkcionišu u ljudskom mozgu i kako mogu biti poremećeni, npr. kod neurodegenerativnih bolesti kao što je Alchajmerova“, kažu istraživači.
Iako u laboratoriji Instituta Vajcman postoje uslovi koji simuliraju prirodna okruženja, uključujući velike sobe za letenje i tunel za slijepih miševe dug 200 metara, i dalje nedostaje puna složenost divljine. Donedavno je bilo nemoguće proučavati moždanu aktivnost u prirodnim uslovima; sposobnost da se to sad konačno uradi je djelom rezultat tehnološkog napretka i minijaturizacije.
„Naravno, istraživanje u divljini je kompleksno i nepredvidivo. Na primjer, morali smo zamoliti komercijalnu satelitsku kompaniju da malo pomjeri svoj satelit kako bismo imali signal na ostrvu. Uprkos izazovima, naša otkrića pokazuju da ne postoji zamjena za provjeru laboratorijskih saznanja u stvarnom svijetu. Nadamo se da će naša studija ohrabriti druge grupe, u oblasti nauka o mozgu i u drugim oblastima, da svoje istraživanje iznesu iz laboratorije u prirodu“, kažu istraživači.