باله‌های این ماهی لمس را مانند سر انگشتان انسان حس می‌کند

به گزارش گروه علم وفناوری خبرگزاری آنا به نقل از Futurity، سر انگشتان خود را به آرامی روی سطح کیبورد بکشید. چه چیزی حس می‌کنید؟ نرمی پلاستیک؟ برجستگی، شکاف، شاید یک کلید چسبناک؟ برآمدگی‌هایی روی کلید F و J؟ سر انگشتان انسان به خوبی یک ماشین سنسوری همه چیز را حس می‌کند. حتی با یک لمس کوچک و سبک نیز می‌توانیم اطلاعات زیادی از محیط فیزیکی اطرافمان به دست آوریم.

اکنون، دانشمندان کشف کرده‌اند که بعضی از ماهی‌ها نیز استفاده مشابهی از باله‌های سینه‌ای خود دارند که این امر مکانیسم بیولوژیکی مشابهی با پستانداران از جمله انسان دارد.

این پژوهش که در مجموعه مقالات انجمن سلطنتی منتشر شده است، برای اولین بار نشان می‌دهد که باله‌های سینه‌ای حداقل در یک گونه از ماهی دارای نورون و سلول‌هایی است که به شدت به لمس حساس هستند. این اکتشاف نه تنها پنجره جدیدی به روی بیولوژی تکاملی لمس گشوده است بلکه الهام‌بخش پیشرفت‌های جدیدی در طراحی ربات‌های زیرآبی نیز شده است.

آدام هاردی، سرپرست این پژوهش و دانشجوی زیست‌شناسی ارگانی و دپارتمان آناتومی از دانشگاه شیکاگو، در این‌باره می‌گوید: «برای ما این امر یک پدیده شگفت‌انگیز بود که باله‌های ماهی، مشابه به پوست پستانداران، قادر به حس فشارهای جزئی و حرکات ظریف باشد. به نظر می‌رسد این اطلاعات از طریق یک نوع سلول که در حس لامسه پستانداران نیز نقش مهمی دارند، منتقل می‌شود. این امر بدین معناست که شاید به قاعده تکامل ریخت‌شناسی حسی بنیادین حفظ شده باشد».

باله‌های سینه‌ای، که درست پشت آبشش‌ها قرار می‌گیرند، یک جفت زائده متمایز هستند که حکم دست را در حیوانات چهار دست و پا دارند. باله‌های سینه‌ای که معمولا در حرکت به جلو و حفظ تعادل در حین شنا به ماهی کمک می‌کنند، در گونه‌های خاصی تکامل یافته و کارکردهای شگرفی برای آنها به ارمغان آورده است. برای مثال، باله‌های سینه‌ای به ماهی‌های پرنده امکان پرواز و به «گل خورک» (نوعی ماهی دوزیست) امکان خزیدن می‌دهد.

پیش از این مطالعات متعددی بیومکانیک، تکامل و توسعه این باله‌ها را کشف کرده بود اما تاکنون اطلاعات کمی از نقشی که در مکانیسم حسی ایفا می‌کند، وجود داشت.

بدین ترتیب دانشمندان از خود یک سوال ساده پرسیدند: «آیا ماهی‌ها می‌توانند باله‌های خود را حس کنند»؟

شواهدی وجود دارد که نشان می‌دهد این ماهی دارای گیرنده‌های عضلانی است یا از محلی که باله‌ها به بدنشان وصل شده است آگاهی دارد (شبیه حسی در انسان که حتی در حالت بسته بودن چشم‌ها نیز می‌داند بازوهایش در کجا قرار دارند). در مطالعات قبلی نورون‌هایی باله‌ای شناسایی شدند که سیگنال‌هایی شامل اطلاعاتی در مورد پیچش، حرکات و موقعیت را به مغز می‌فرستند. اما حس لامسه از گیرنده عضلانی مجزاست و از آنجا که باله‌ها همیشه در حال حرکت هستند، جدا کردن دو حس در یک محیط آزمایشگاهی بسیار دشوار است.

هر چند پژوهشگران با تمرکز روی گربه ماهی پیکتوس، گونه کوچک و کف زیستی که بومی آب‌های گل‌آلود رودخانه آمازون است، این چالش را هم با موفقیت پشت سر گذاشتند. این ماهی گذشته از برجستگی سخت و دندانه‌داری که برای دفاع از خود استفاده می‌کند، دارای باله‌های سینه‌ای، چندین اشعه استخوانی است که به وسیله غشایی نرم به‌هم متصل شده‌اند. با وجود این، به نظر نمی‌رسد که گربه ماهی پیکتوس قادر به استفاده از باله‌های سینه‌ای خود برای حرکت و جنبش باشد؛ تیم تحقیقاتی نیز با آنالیز فیلم‌های دوربین سرعت بالا این امر را تایید کردند.

ربات‌های زیرآب

دانشمندان بدون سیگنال‌های ناسازگار از حرکت و موقعیت باله، قادر به جداسازی فعالیت عصبی در پاسخ به لمس و مطالعه آن بودند. آنها با استفاده از یک برس و یک سوزن سر تخت، انواع مختلفی از محرک‌ها را روی باله سینه‌ای اعمال کردند. سپس میزان فعالیت نورون‌هایی که مسئول فرستادن اطلاعات به مغز هستند، را اندازه‌گیری کردند.

زمانی که ارتباط برقرار شد نورون‌ها که حاوی اطلاعاتی درباره میزان فشار و حرکت برس بودند، واکنش نشان دادند. نتیجه یک آنالیز انجام گرفته روی ساختار سلولی باله نشان می‌دهد که حضور سلول‌هایی که بسیار مشابه سلول‌های مرکل (سلول‌های گیرندهٔ بیضی شکلی هستند که در پوست مهره‌داران یافت می‌شوند) هستند، با انتهای عصب در پوست پستانداران مرتبط و برای حس کردن لمس ضروری هستند.

ملینا هیل در این‌باره اذعان داشت: «ماهی‌ها نیز مانند ما قادر به حس کردن محیط اطراف و باله‌هایشان هستند. احساس لامسه به ماهی‌ها اجازه زندگی در محیط‌های کم‌نور را، با استفاده از حس لامسه برای مسیریابی هنگامی که دید محدود است، می‌دهد. این پدیده سوالات زیادی را ایجاد کرده است؛ برای مثال چگونه سلول‌های حسی ویژگی‌های زیست‌محیطی ادراک مغز را شکل می‌دهد. همچنین ممکن است بینش جدیدی را در مقوله تکامل حسی در مهره‌داران ایجاد کند».

همچنین این کشف می‌تواند کاربردهایی در طراحی ربات‌های زیر آب، به خصوص در محیط‌های کم‌نور، داشته باشد.

هیل در ادامه اضافه می‌کند: «درک این موضوع که چگونه باله‌های غشایی در ماهی‌ها برای حس کردن لمس استفاده می‌شوند به ما کمک کرد تا ویژگی‌های مهم برای طراحی غشای حسی زیر آبی را شناسایی کنیم. برای مثال، غشای حسی الهام گرفته‌شده از ماهی را تصور کنید که می‌تواند برای اسکن کردن سطوح زیرآب و محیط‌هایی که امکان دارد نور مبهم و کدر باشد، مورد استفاده قرار گیرد».

وی اضافه می‌کند: «علاوه بر این، حیوانات از بازخوردهای مکانیکی استفاده می‌کنند تا حرکات اندامشان را کنترل کنند. ممکن است تعبیه کردن سنسورهای لمسی روی ربات‌های زیرآبی کمکی باشد در راستای بهبود عملکردشان، به خصوص وقتی که در حال مسیریابی در محیط‌های پیچیده هستند».

هم‌اکنون این تیم پژوهشی در حال مطالعه حساسیت لمسی در باله‌های دیگر گونه‌های ماهی مانند فلاندرز هستند و همچنان در حال تحقیق و بررسی مکانیسم دقیقی هستند تا اطلاعات نورون‌های باله‌ای درباره لامسه را کدگذاری کنند.

هاردی در آخر اضافه می‌کند: «یکی از بزرگترین سوالاتی که سعی داریم برای آن پاسخی بیابیم این است که آیا این ویژگی در همه ماهی‌ها وجود دارد؟ پیش‌بینی می‌کنیم که باله‌های حساس به لمس برای ماهی‌های کف زیست بسیار مفید باشد اما می‌توان کاربری آن در محیط‌های شبانگاهی و اعماق دریا را نیز تصور کرد».

گزارش: هانا حیدری