5 יחידות במתמטיקה? מסתבר שגם תולעים יכולות | האוניברסיטה העברית בירושלים | The Hebrew University of Jerusalem
דלג לאתר בעברית
דלג לאתר באנגלית
דלג לאתר בערבית
דלג למפת אתר

5 יחידות במתמטיקה? מסתבר שגם תולעים יכולות

תלמידי התיכון מתלוננים מדי שנה על עליית רמת הקושי של בחינת הבגרות במתמטיקה? בטבע ישנן חיות שנדרשות לפתור פונקציות מתמטיות סבוכות מיומן הראשון כדי לשרוד. מחקר חדש שנערך על ידי חוקרים מהאוניברסיטה העברית בחן את פעילות תאי העצב של תולעים והגיע לתוצאות מפתיעו
14/08/2018

כדי למצוא אוכל בטבע מסתמכים בעלי החיים לרוב על חוש הריח. הראשונות להגיע למזון ישרדו והאיטיות ירעבו ובסופו של דבר ימותו. איך מתרגם המוח את עוצמות הריח כדי לאפשר ניווט יעיל לעבר המטרה? מחקר חדש בהובלת ד"ר אלון זסלבר, מהמחלקה לגנטיקה במכון למדעי החיים ע''ש אלכסנדר סילברמן באוניברסיטה העברית, יחד עם הדוקטורנטים אייל איצקוביץ' ורותם רוח, מצא שחיות פשוטות כמו תולעים מצליחות לבצע חישובים מתמטיים מורכבים תוך שניות, על מנת לאתר ביעילות רבה מקורות מזון שונים.

"כדי להבין את בעיית הניווט של התולעים, יש לדמיין אותנו מחפשים אחר עוגת שוקולד ריחנית בתוך אולם גדול, ריק וחשוך", מסביר זסלבר. "כדי למצוא אותה נצטרך לנקוט בסדר הפעולות הבא – להריח את האזור, לחשב איפה נמצאת העוגה, לצעוד לעבר המטרה ואז לברר באמצעות הרחה אם במקום שבו אנחנו נמצאים עוצמת הריח התחזקה או נחלשה. אם היא התחזקה נמשיך באותו כיוון ואם נחלשה נבחר בכיוון אחר. חזרה עקבית על סדר הפעולות תעזור ככל הנראה במציאת העוגה, אבל בכלל לא בטוח שנעשה זאת בצורה מהירה, יעילה וחכמה".

למעשה, השינוי במרחב בעוצמת הריח יוצר פונקציה מתמטית לא פשוטה. באמצעות מדידת פעילות תאי העצב של התולעים הופתעו החוקרים לגלות שהן מסוגלות לחשב את הנגזרת של פונקציית הריח תוך רגעים ספורים. יתר על כן, נמצא כי לאורך הניווט התולעים זוכרות את רמות השינוי בעוצמות הריח (הנגזרת), מה שמאפשר להם לבחור בדרך קצרה וישירה אל עבר מקור האוכל.

מה שמעניין במיוחד, לטענת החוקרים, הוא שתא עצב יחיד מסוגל לבצע את כל החישובים האלה לבדו. "בנוסף, במתמטיקה כמו במתמטיקה, חיפוש אחר קיצורי דרך עלול להביא לפעמים לשגיאות וטעויות, שעלולות לגרום במציאות לסטייה מהמטרה של התולעת, ואולי אף למותה", מבהיר זסלבר. בהקשר לכך מצאו החוקרים שקיים תא עצב מיוחד המופקד על מניעת טעויות, שמסוגל להגיב לנגזרת השלילית שנוצרת בעקבות הירידה בעוצמת הריח, ולהיכנס לפעולה בכל פעם שהתולעת שוגה בחישוב שהיא מבצעת.
"המסר של המחקר מתאים לחיים שלנו - אם נחפש קיצורי דרך שעלולים לגבות מחיר כדאי שיהיה לנו גיבוי שידאג להסיט אותנו בחזרה למסלול הנכון. אגב, אם שני תאי עצב בתולעים מצליחים לבצע חישובים מורכבים כאלה, מדהים לחשוב מה הפוטנציאל שיש ל-100 מיליארד תאי עצב שנמצאים במוח האדם", מסכם זסלבר.כדי למצוא אוכל בטבע מסתמכים בעלי החיים לרוב על חוש הריח. הראשונות להגיע למזון ישרדו והאיטיות ירעבו ובסופו של דבר ימותו. איך מתרגם המוח את עוצמות הריח כדי לאפשר ניווט יעיל לעבר המטרה? מחקר חדש בהובלת ד"ר אלון זסלבר, מהמחלקה לגנטיקה במכון למדעי החיים ע''ש אלכסנדר סילברמן באוניברסיטה העברית, יחד עם הדוקטורנטים אייל איצקוביץ' ורותם רוח, מצא שחיות פשוטות כמו תולעים מצליחות לבצע חישובים מתמטיים מורכבים תוך שניות, על מנת לאתר ביעילות רבה מקורות מזון שונים.

"כדי להבין את בעיית הניווט של התולעים, יש לדמיין אותנו מחפשים אחר עוגת שוקולד ריחנית בתוך אולם גדול, ריק וחשוך", מסביר זסלבר. "כדי למצוא אותה נצטרך לנקוט בסדר הפעולות הבא – להריח את האזור, לחשב איפה נמצאת העוגה, לצעוד לעבר המטרה ואז לברר באמצעות הרחה אם במקום שבו אנחנו נמצאים עוצמת הריח התחזקה או נחלשה. אם היא התחזקה נמשיך באותו כיוון ואם נחלשה נבחר בכיוון אחר. חזרה עקבית על סדר הפעולות תעזור ככל הנראה במציאת העוגה, אבל בכלל לא בטוח שנעשה זאת בצורה מהירה, יעילה וחכמה".

למעשה, השינוי במרחב בעוצמת הריח יוצר פונקציה מתמטית לא פשוטה. באמצעות מדידת פעילות תאי העצב של התולעים הופתעו החוקרים לגלות שהן מסוגלות לחשב את הנגזרת של פונקציית הריח תוך רגעים ספורים. יתר על כן, נמצא כי לאורך הניווט התולעים זוכרות את רמות השינוי בעוצמות הריח (הנגזרת), מה שמאפשר להם לבחור בדרך קצרה וישירה אל עבר מקור האוכל.

מה שמעניין במיוחד, לטענת החוקרים, הוא שתא עצב יחיד מסוגל לבצע את כל החישובים האלה לבדו. "בנוסף, במתמטיקה כמו במתמטיקה, חיפוש אחר קיצורי דרך עלול להביא לפעמים לשגיאות וטעויות, שעלולות לגרום במציאות לסטייה מהמטרה של התולעת, ואולי אף למותה", מבהיר זסלבר. בהקשר לכך מצאו החוקרים שקיים תא עצב מיוחד המופקד על מניעת טעויות, שמסוגל להגיב לנגזרת השלילית שנוצרת בעקבות הירידה בעוצמת הריח, ולהיכנס לפעולה בכל פעם שהתולעת שוגה בחישוב שהיא מבצעת.
"המסר של המחקר מתאים לחיים שלנו - אם נחפש קיצורי דרך שעלולים לגבות מחיר כדאי שיהיה לנו גיבוי שידאג להסיט אותנו בחזרה למסלול הנכון. אגב, אם שני תאי עצב בתולעים מצליחים לבצע חישובים מורכבים כאלה, מדהים לחשוב מה הפוטנציאל שיש ל-100 מיליארד תאי עצב שנמצאים במוח האדם", מסכם זסלבר.

תמונת כתבת חדשות 
5 יחידות במתמטיקה? מסתבר שגם תולעים יכולות