למה התמנון לא מסתבך בפלונטר?

אחד מלהיטי הרשת הגדולים בשבועות האחרונים הוא סרטון שבו נראה תמנון פותח צנצנת בתנועת הברגה - מבפנים. כושר ההימלטות המרשים של התמנונים מוכר היטב לד"ר גיא לוי ולד"ר ניר נשר מהאוניברסיטה העברית בירושלים. לוי ונשר הם חוקרים במעבדת התמנונים הוותיקה שבראשה עומד פרופ' בני הוכנר. כרגע מונה צאן מרעיתם במעבדה כ-20 תמנונים; האקווריומים שלהם מכוסים היטב. אם מטפל לא אחראי ישאיר חרך, התמנונים כבר יאתרו אותו בזרועותיהם הגמישות והשריריות. נשר מספר שבוקר אחד הוא מצא תמנון רובץ על רצפת המסדרון. דלת החדר שממנו ברחה הרכיכה התועה הייתה נעולה; התמנון נדחק מתחת לדלת.

יכולתם של התמנונים להתפתל, להתקפל ולהשתחל לכל חלל שיש בו די מקום לקופסית הראש הקשיחה שלהם היא רק דוגמה אחת לשלל תכונותיהם המופלאות של בעלי החיים הנבונים והסקרנים הללו, שסודותיהם יוצאים לאור אט-אט במעבדה של פרופ' הוכנר. החודש פרסמו נשר ולוי מאמר בכתב העת Current Biology, שמציג לראשונה תשובה לשאלה שרק בדיעבד לא ברור למה היא לא נשאלה עד היום: למה זרועות התמנון לא מסתבכות זו בזו? ולא רק שזאת שאלה מעניינת כשלעצמה, אלא שאף עשויות להיות לה השלכות על תחום מחקר נוסף, פרקטי לגמרי – ענף ברובוטיקה השואב השראה מהטבע.

שאלת המחקר עלתה ממעקב יומיומי אחר התנהגותם של התמנונים במעבדה, בצירוף הידע הקיים על מערכת השליטה המורכבת שלהם. "לפני כ-50 שנה גילו שזרועות התמנון עצמאיות במידה מסוימת, וזאת על סמך המבנה של התמנון: יש הרבה תאי עצב בזרוע, הרבה תאי עצב במוח ומעט חיבורים ביניהם", מסביר לוי. "מחקר קודם במעבדה שלנו הראה שגם זרוע שנותקה מהגוף יכולה לבצע תנועות מורכבות – בלי מוח. התכנית המוטורית טבועה בתוך הזרוע. המוח יכול להפעיל את התכנית ולהפסיק אותה, אבל הזרוע לא זקוקה לו כדי לבצע, לדוגמה, את תנועת ההושטה. זה מוריד מהמוח נטל כבד מאוד. כדי לשלוט בזרוע גמישה, שיכולה להתכופף בכל נקודה, צריך לשלוט בהרבה מאוד פרמטרים ואם הכול היה במוח – ייתכן מאוד שזה לא היה מצליח".

כל אחת משמונה זרועותיו של התמנון מכוסה בכ-300 כפתורי הצמדה, הנוטים להיצמד ביניקה לכל משטח שהם נוגעים בו. חוץ מעור התמנון עצמו. ההבחנה הזאת אינה מובנת מאליה. "בגלל העצמאות והגמישות של הזרוע, ומשום שהתמנון לא רואה את הזרועות שלו כל הזמן, הוא לא יודע איפה הן נמצאות בכל רגע ומה הן עושות", אומר לוי. "כשזרוע אחת נוגעת בשנייה – והן עושות את זה הרבה – המוח לא יכול לדעת שזה התמנון שנוגע בעצמו. פתאום שאלנו את עצמנו: איך הזרועות לא נצמדות אחת לשנייה?".

המחקר הישראלי שאישש את מה שדרווין שיער לפני 150 שנה

נשר ולוי ערכו סדרת ניסויים ומצאו שחומר כימי כלשהו שמצוי על פני עורם של התמנונים, חומר שטרם זוהה, מבטל את אפקט היניקה האוטומטי של כריות ההצמדה. זאת ועוד, מנגנון הזיהוי והדחייה הזה מוטמע בזרוע ולא דורש מעורבות של המוח. בשלב הראשון, עשו החוקרים ניסויים בזרועות קטועות ומבודדות של תמנונים. חשוב להם להבהיר: איבוד זרוע הוא לא אירוע טראומטי עבור התמנון. בטבע זה קורה כל הזמן; תמנון יעדיף לוותר על זרוע שנתפסה במשהו ולא להילחם עליה, ובכל מקרה הזרוע צומחת חזרה בתוך כמה שבועות. ליתר ביטחון, התמנונים היו מורדמים בעת הקטיעה והחוקרים נוכחו לדעת שהם מתאוששים בתוך זמן קצר ומתנהגים כרגיל.

זרוע התמנון נשארת פעילה כשעה לאחר ניתוקה מהגוף. בשלב הראשון, הניחו החוקרים זרוע מבודדת בצלחת והגישו לה חפצים שונים – מצנון וגזר ופיסות דג ועד לפלפל חריף. לכולם היא נצמדה - רק לא לפיסה אחרת של זרוע תמנון. לעומת זאת, כשהחוקרים הניחו בצלחת בשר תמנון חשוף, ללא עור, הזרוע לפתה אותו מיד. מכך הסיקו החוקרים שהמפתח נמצא בעור. כדי לוודא שההרכב הכימי של העור ולא מאפיין אחר שלו הוא שיוצר את אפקט הדחייה, הכינו החוקרים מיצוי של עור תמנון, מומס בג'ל שנמרח על גבי פלסטיק, ומיצוי דומה של עור דג. ואכן, זרוע התמנון נצמדה בחוזקה למיצוי עור הדג ודחתה את מיצוי עור התמנון.

לאחר מכן עברו נשר ולוי לניסויים בתמנונים חיים, וכאן הסיפור הסתבך. בעוד שהזרוע המנותקת תמיד דחתה את עור התמנון, כשהמוח נכנס לתמונה, הדחייה כבר לא הייתה חד-משמעית. "תמנונים הם קניבלים", מספר לוי. "ציפינו שכשנגיש לתמנון זרוע קטועה הוא לא יתרגש ויאכל אותה. אז הגשנו להם זרועות, ולפעמים הם אכן אכלו אותן ולפעמים ראינו התנהגות מוזרה. התמנון ליטף את הזרוע, רקד סביבה אבל לא נצמד אליה. לפעמים הוא מצא את נקודת החיתוך, תפס את הבשר החשוף והחזיק אותה בפה - מבלי שהוא נוגע בה בזרועות האחרות, כמו איזה ספגטי. ההתנהגות המוזרה הזאת הייתה שכיחה הרבה יותר כשזאת הייתה הזרוע של התמנון עצמו ולא של תמנון אחר". "מדהים לראות את זה", מוסיף נשר. "התמנון עומד מול משהו שהוא לא מבין עד הסוף. הוא מלטף את הזרוע, מסתובב סביבה ואפשר לראות שהוא מבולבל". לוי: "נוספת לו אינפורמציה לגבי מקור הזרוע, והמידע הזה עובר למוח. אנחנו לא בדיוק יודעים מה השיקולים שלו, אבל הוא בהחלט יכול להחליט לתפוס את הזרוע. מאוד יכול להיות שהוא משתמש בזיכרון".

התמנונים במעבדה של פרופ' הוכנר הם תמנוני חוף (Octupus vulgaris), שחיים בים התיכון ומתקרבים אל החוף בעיקר בחורף, כשהמים מתקררים לטמפרטורה החביבה עליהם – 18 מעלות. לחוקרים יש הסכם עם דייגים שמעבירים אליהם את התמנונים שהם תופסים בתמורה לתשלום נאה. כל אחד מהתמנונים מקבל אקווריום נפרד, המותאם למידות גופו. התמנון הוא בעל חיים שמנהל אורח חיים יחידאי וסביר להניח שהוא יתקוף תמנון אחר שיפלוש לביתו. איכות המים באקווריומים, המליחות והטמפרטורה שלהם מנוטרות בקפידה כדי להבטיח לתמנונים סביבה מיטבית, דומה כמה שיותר לתנאים בטבע.

מראה התמנונים המרחפים במכלי הזכוכית מהפנט; רגע זרועותיהם נפרשות ומתפתלות ורגע גופם מתכווץ למעין טורפדו קומפקטי. עורם מחליף צבעים ללא הרף – לצורכי הסוואה ולצורכי תקשורת. בואם של מבקרים מוציא חלק מהם מהכדים שבהם הם מסתתרים. המפגש עם בני אדם מסקרן ומרגש אותם, לפעמים קצת יותר מדי. ניסיון לעודד אחד מהם לשחק נגמר בכך שהוא פלט עננת דיו שחורה, שבטבע משמשת אותו להסוואה. אף על פי כן, אומרים החוקרים, חשוב להציק לתמנוני המעבדה. ללא אינטראקציה עם הסביבה הם פשוט משתעממים ומפגינים סימני הזדקנות.

לוי ונשר מעידים כי ראש המעבדה נוהג לספר בכל העולם שהתמנון הוא "פול אוף סורפרייזס". "כל דבר שאנחנו מגלים על התמנון הוא מפתיע", אומר לוי. "למשל, אין לו כיוון זחילה קבוע. כל בעלי החיים שבגוף שלהם יש סימטריה בין ימין לשמאל הולכים לכיוון מסוים. התמנון יכול לזחול בכל כיוון ביחס לגוף ולא צריך להסתובב כדי לשנות את כיוון הזחילה".

"התמנון הוא חיה שהלכה על הפתרונות הכי מיוחדים שאפשר לחשוב עליהם - אבל בצורה מדהימה", אומר נשר. התיאוריה המחקרית שהוכנר דוגל בה מכונה Embodiment – "התגלמות המכלול", מתרגם לוי. לפי גישה זו, שהגיעה לביולוגיה דווקא מהעבודה המשותפת עם מפתחי הרובוטים, לא חלה התפתחות היררכית של מערכות הגוף ומערכות השליטה. "זה שלא שהגוף התפתח בצורה מסוימת, גמישה מאוד, ואז התפתחה מערכת השליטה המתאימה", מסביר נשר. "יש הדדיות בין הדברים. המערכת בנויה מחלקים שיש ביניהם קשר הדדי וגם עם הסביבה, והאינטראקציה בין החלקים השונים משפרת כל הזמן את ההתמודדות עם הסביבה. ואם מתפתח פתרון לבעיית השליטה, זה מאפשר להגמיש את העסק עוד יותר".

מחקר התמנונים של הוכנר החל ב-1995, אז הוא נענה לקול קורא של הצי האמריקני. "היה שם קצין אחד שחיפש מישהו שיחקור תמנונים. היה לו רעיון, שכך אפשר יהיה להבין איך בונים רובוטים עם זרועות גמישות", מספר הוכנר. המחקר לצרכים צבאיים נמשך עם פרויקט של DARPA – הסוכנות הממשלתית האמריקנית שאחראית לפיתוחים הטכנולוגיים של צבא ארה"ב. בהמשך הדרך הצטרפה המעבדה הישראלית לפרויקט של האיחוד האירופי, שמקבץ אף הוא חוקרים מתחומים שונים ומוקדש למשימה דומה: פיתוח רובוטים רכים וגמישים בהשראת התמנון.

אחת מקבוצות המחקר הרב-תחומיות עובדת על פיתוח זרוע רובוטית גמישה כמו זרוע התמנון – שתשמש בניתוחים. "זה פרויקט תכליתי מאוד, אבל הבעיה העיקרית כרגע היא בעיה הנדסית - בעיה של בקרה", מסביר הוכנר. "הממצא האחרון שלנו התקבל בשמחה כי הוא מראה שהגישה הזאת של שיתוף כמה מדענים בעבודה על נושא אחד יכולה לגרום לתוצאה נלווית, שמעשירה את הידע הכללי. ההפריה ההדדית יכולה ליצור משהו שהוא מעבר לציפיות".

נשר מסביר כי גילוי מנגנון הזיהוי האוטומטי של הזרועות עשוי לסייע בהמשך גם בפיתוח הרובוט הרפואי: אם ניתן יהיה לתכנת את הזרוע לא להיצמד לרקמה מסוימת שאסור לפגוע בה, כמו רקמת מעי או כלי דם, ניתן יהיה להוריד נטל משמעותי מה"מוח" – הרופא המנתח ששולט ברובוט.

לצד העבודה המשותפת עם מהנדסי הרובוטים, מספר הוכנר,
ישנו במעבדה ענף שחוקר מנגנונים עצביים של לימוד וזיכרון בתמנונים. "מאיפה באה האינטליגנציה שלהם? התמנון נחשב לחסר החוליות בעל היכולות הקוגניטיביות המתקדמות ביותר", הוא אומר.

"זאת דוגמה לאבולוציה מתכנסת – התפתחות של מערכות מתוחכמות שכל אחת באה מכיוון אחר, אצל בעלי החוליות ואצל חסרי החוליות. לקחנו את התמנון בתור שיא ההתקדמות בחסרי חוליות.

"אנחנו חוקרים אזור מיוחד במוח שלו שידוע שהוא מוקדש ללימוד וזיכרון ומנסים לראות מה קרה במהלך האבולוציה באזור הזה. האם הייתה התכנסות לאותן תכונות שקיימות אצלנו במערכת העצבים או שמתכונות מאוד פשוטות של מערכות עצבים של רכיכות אפשר לבנות מוח מורכב? יש פה שאלה שמסתכלת על התפתחות של רשתות עצביות. האם צריך שיהיה מוח בדיוק כמו שלנו, או שאפשר לעשות את זה בהרבה צורות? ובמה זה תלוי? בארגון הרשת? בתכונות המיוחדות של התאים שמרכיבים את המערכת? אנו מוצאים שיש כמה תכונות אוניברסליות לכל מערכות הלמידה וגם הרבה הבדלים".