Çöl Karıncaları: Dünya'nın Manyetik Alanı Navigasyon Sistemlerini Kalibre Ediyor

Çöl karıncaları, birkaç santimetre boyundadırlar ve beyinleri 1 milyondan az nöronla nispeten basit bir yapıya sahiptir. Bununla birlikte, Cataglyphis cinsi çöl karıncaları, onları diğer birçok canlıdan ayıran yeteneklere sahiptir: Bu hayvanlar kendilerini Dünya'nın manyetik alanına göre yönlendirebilmektedir.

Julius-Maximilians-Universität Würzburg'dan (JMU) bir araştırma ekibi bunu birkaç yıl önce keşfetti. Ancak daha önce manyetik bilginin karıncaların beyinlerinin neresinde işlendiği bilinmiyordu. Şimdi ise bu sorun çözüldü.

Proceedings of the National Academy of Sciences dergisinde yayınlanan yeni bir çalışmada ekip, Dünya'nın manyetik alanıyla ilgili bilgilerin öncelikle karıncaların merkezi kompleks olarak adlandırılan iç pusulalarında ve hayvanların öğrenme ve hafıza merkezleri olan mantar gövdelerinde işlendiğini gösteriyor.

Würzburg Üniversitesi Davranış Fizyolojisi ve Sosyobiyoloji Kürsüsü sahibi Profesör Wolfgang Rössler, Davranış Fizyolojisi ve Sosyobiyoloji Kürsüsü eski bilim insanı ve şu anda Oldenburg Üniversitesi Nörosensorik / Hayvan Navigasyonu çalışma grubunun bir üyesi olan Dr. Pauline Fleischmann ve o zamandan beri Rössler'in kürsüsünden Trondheim'daki Norveç Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'ne taşınan Dr. Robin Grob bu çalışmadan sorumluydu.

Kalibrasyon İçin İlk Keşif Amaçlı Yürüyüşler

Çalışmanın arka planını açıklayan Fleischmann, "Bir karınca yeraltındaki yuvasını ilk kez terk edip yiyecek aramaya çıkmadan önce navigasyon sistemini kalibre etmek zorundadır" diyor. Öğrenme yürüyüşleri olarak adlandırılan bu süreçte hayvanlar yuva girişinin etrafındaki yakın çevreyi keşfediyor ve aralarında kısa duraklamalarla kendi vücut eksenleri etrafında tekrar tekrar pirouette (tek ayak üzerinde dönüş) yapıyorlar. Bu duraklamalar sırasında, yerdeki küçük deliği göremeseler bile, her zaman tam olarak yuva girişi yönüne bakıyorlar.

Fleischmann ve meslektaşları, Cataglyphis karıncalarının anavatanı olan Güney Yunanistan'da yaptıkları saha çalışmaları sayesinde, çöl karıncalarının öğrenme yürüyüşü aşamasında kendilerini Dünya'nın manyetik alanına yönlendirdiklerini kanıtlayabildiler. Fleischmann ve Grob, manyetik alan manipüle edilirken karıncaların oryantasyon davranışını araştırdılar, ayrıca, yeni edinilen deneyimin bir ifadesi olarak Cataglyphis'in sinir sistemindeki değişiklikleri de incelediler.

Hatalı Manyetik Alan, Öğrenme Sürecini Bozar

Zoologlar, henüz herhangi bir öğrenme yürüyüşüne çıkmamış genç işçiler üzerinde yoğunlaştı. Karıncaların sadece kesin olarak planlanmış deneylerin bir parçası olarak yola çıkmalarına izin verildi- bazen doğal koşullar altında, bazen de örneğin kaotik yönler gösteren veya yatay yönelime izin vermeyen kalıcı olarak manipüle edilmiş bir manyetik alanda. Bu hatalı yön bilgisi, karıncaların öğrenme yürüyüşleri sırasında yuva girişine geri bakma davranışları için güvenilir bir referans sistemi değildi.

Fleischmann ve Grob, "Nöroanatomik beyin analizlerimiz, değiştirilmiş bir manyetik alana maruz kalan karıncaların, beynin mantar gövdesi olarak adlandırılan, görsel bilgilerin entegrasyonundan ve öğrenmeden sorumlu bir bölgesinde daha küçük bir hacme ve daha az sinaptik komplekse sahip olduğunu gösteriyor" diye açıklıyor. Karınca beyninin uzamsal yönelimin sabitlendiği bölgesi olan merkezi komplekste de belirli koşullar altında aynı bulgular gözlemlendi.

Sinaptik Bağlantıların Sayısı Artar

Doğal koşullar altında ilk gezilerini yapmalarına izin verilen çöl karıncaları açıkça farklıydılar. Manyetik alan, güneşin konumu ve görsel çevre hakkındaki bilgilerin bir kombinasyonu olan duyusal deneyimleri, nöronlardaki yapısal değişiklikler ve yukarıda bahsedilen beyin bölgelerindeki sinaptik bağlantılardaki artışın eşlik ettiği bir öğrenme sürecini tetikledi.

Bilim insanlarına göre bu durum, manyetik bilginin sadece navigasyon için bir pusula olarak değil, aynı zamanda uzamsal hafızanın oluşumu için çok önemli olan küresel bir referans sistemi olarak da hizmet ettiği sonucuna götürüyor.

Duyusal Organ Arayışında

Fleischmann ve Grob, deneylerinin sonuçlarının "karıncaların öğrenme yürüyüşleri sırasında görsel pusulalarını kalibre etmek ve aynı zamanda yuva ortamının görüntülerini uzun süreli hafızalarında saklamak için işleyen bir manyetik pusulaya ihtiyaç duyduklarını" kanıtladığını söylüyorlar. Aynı zamanda araştırmaları, karıncalarda pusula kalibrasyonu alanının çok ötesine uzanıyor.

Rössler, "sonuçların, çoklu duyusal uyaranların beyin olgunlaşmasının kritik bir aşamasında navigasyon için beyin devrelerinin nöronal plastisitesini nasıl etkileyebileceğine dair değerli bilgiler sağladığını" vurguluyor.

Bir sonraki adım olarak ekip; çöl karıncasının manyetik bilgiyi hangi duyu organından aldığını ve hangi duyu yolları aracılığıyla ilettiğini ve işlediği araştırmak istiyor. Bu, kendisini Dünya'nın manyetik alanına yönlendiren hiçbir hayvan türünde henüz başarılamadı.

Cataglyphis'in ait olduğu sınıftaki böcekler, yönetilebilir ve nispeten küçük sinir sistemleri nedeniyle, manyetik yönelimin nöronal temelini her düzeyde araştırmak için eşsiz bir fırsat sunmaktadır.

 

Bu içerik PHYSORG’da yayınlanmıştır.