לכבוד יום האישה הבינלאומי, ד"ר מאיה סער, חברת צוות מדע גדול בקטנה, מספרת על מחקרה אודות למידה וזיכרון בנמלה הנווטת.

הנמלה הנווטת (Cataglyphis. sp), שקיבלה את שמה לא בכדי, היא חיית מודל למחקר על ניווט בבעלי חיים. האם הייתם מסתדרים ללא ווייז או מפות גוגל? תארו לעצמכם שיש לכם אפליקצית ניווט מובנית בתוך הגוף ואתם לא צריכים GPS, כך אולי תתחילו להבין כיצד חיה הנמלה הנווטת.  

מינים רבים של הנווטת חיים באזורים מדבריים. השממה המדברית היא סביבה בה יש מעט צמחייה להסתמך עליה כסימני דרך, וחם מדי מכדי להשאיר שביל מסומן בריח למעקב עבור נמלים חברות. ההשערה היא שמשום כך, הנווטת פיתחה מנגנונים יוצאי דופן לנווט בדרכה להשיג מזון ובחזרתה הביתה. בין היתר, יש לה 'מד-צעדים פנימי' (Odometer) שעוזר לה להעריך כמה צעדים היא הלכה [1]. היא גם מסוגלת לנווט באמצעות השמש, וכשמעונן -באמצעות אור מקוטב [2]. היא אפילו מסוגלת לחוש את השדה המגנטי של כדור הארץ [3].

בישראל, חלק ממיני הנווטת חיים באזור אקלים ים-תיכוני, ובניגוד לחברותיהן מהמדבר הפתוח - סביבת המחייה שלהן מלאה במכשולים. במהלך הדוקטורט שלי, במעבדתו של ד"ר ינון שרף באוניברסיטת תל אביב, רצינו לבחון כיצד הנווטת מתמודדת עם סביבה מורכבת בדרכה למכצוא את מזונה, האם היא שומרת בזיכרון את הדרך, ולכמה זמן?

תכננו ניסוי בו חיקינו (במידת האפשר) את היציאה של הנווטת מהקן שלה אל הסביבה, כאשר לפעמים היתה הסביבה פשוטה והמזון מצוי ממש מעבר לפינה, ולפעמים היתה הסביבה מורכבת ונחוץ היה להתגבר על מכשולים בכדי להגיע אל המזון [4].

בנסיונות הראשוניים במחקר, בניתי מערך ניסוי שנועד לבחון את התנהגות הנווטת בתנאי שדה, אך הנמלים הללו הביטו בי במבט ערמומי מפתח הקן שלהן, וסירבו לצאת ממנו ולהשתתף בניסוי, לא משנה באיזה מזון פיתיתי אותן. כבר אז הבנתי שמדובר בנמלים לא פראייריות, ואכן ממצאי המחקר לא הפסיקו להפתיע אותנו. אז אם מוחמד לא יבוא אל ההר, ההר יבוא אל מוחמד: חפרתי את המושבות בשלמותן החוצה והבאתי אותן למעבדה.

במעבדה מיקמנו את מושבות הנמלים, כל מושבה בנפרד, בחציו השמאלי של כלוב מלבני, כאשר בחציו הימני של הכלוב בנינו את המבוכים (איור 1). בקצה המבוך הנחנו תגמול מזון ששימש כתמריץ עבור הנמלים. בחלק האמצעי בין קן הנמלים והמבוך, התקנו דלת נשלפת - שנשארה סגורה כל עוד לא בחנו את הנמלים במבוך. חלק מהמושבות קיבלו מבוכים קלים וחלק - מסובכים יותר. ככל שעולים בדרגת הקושי, יש יותר פיצולים ותאים שמובילים אל מבוי-סתום במבוכים. בפשטות, זה אומר שלנמלים יש יותר אפשרויות לטעות במבוך מסובך.

כשהגיעה העת למבחן, שלפנו את הדלת, ולנמלים כעת הייתה גישה אל המבוך. כשהנמלה הראשונה הגיעה אל צלחת המזון, עצרנו את השעון (וכך הגדרנו את הזמן ל'פתרון המבוך') וסגרנו את הדלת. לא ידענו כמה הרצות כאלו יצטרכו הנמלים בכדי ללמוד את המבוך. להפתעתנו, בממוצע, לקח להן שלוש הרצות בלבד בכדי להגיע לעקום למידה מספק (סטטיסטית), גם במבוך המסובך ביותר. כמו כן, במבוך המסובך ביותר, המושבה המהירה ביותר פתרה את המבוך תוך 13 שניות (!), כשהממוצע היה ארבע דקות ועשרים שניות.

המשכנו לבחון את הנמלים בשני חלקים: החלק הראשון כלל 3 הרצות. לאחר מכן נתנו לנמלים הפסקה שאורכה השתנה ממושבה למושבה, והייתה בין 4 ל-20 יום. לאחר ההפסקה התבצע החלק השני של הניסוי, שכלל 3 הרצות נוספות במבוך. 

בחנו בסך הכל 26 מושבות של הנמלה הנווטת. משום שכל מושבה קיבלה מרווח אחר בין שני חלקי הניסוי, יכולנו לראות שמושבות שקיבלו מרווח קטן (לדוגמה 5 ימים) זכרו בקלות כיצד לפתור את המבוך, ואילו מושבות שקיבלו מרווח גדול (לדוגמה 18 ימים), פתרו את המבוך בדיוק באותו הזמן כמו בהרצה הראשונה בחלק הראשון של הניסוי. גילינו כי בנקודה מסוימת - או ליתר דיוק במרווח של 16 ימים, הנמלים כבר לא יכלו להשתמש בזיכרון שלהן מהחלק הראשון של הניסוי כדי לפתור את המבוך. אז עכשיו הנמלים גילו לנו לא רק מתי הן לומדות, אלא גם מתי הן שוכחות!

זה די ברור מדוע כדאי לנמלים ללמוד כמה שיותר מהר את הדרך אל המזון, ובייחוד כאשר הסביבה מורכבת. אך מדוע הן שומרות את הדרך בזכרון דווקא ל- 16 ימים? מחקר קודם בדק את תוחלת החיים בטבע במין דומה, והראה שרק כ-10% מהנמלים שרדו לאחר כ-14 ימים [5]. אם כן, מה הטעם לזכור, אם הנמלים נוטות למות לפני כן? יתכן שלבני-אדם זה נשמע קצת קשוח, אבל הברירה הטבעית פועלת על יכולת הזיכרון כך שתתאים לאורך חיי הנמלים. 

לסיכום, לפני שקראתם את הכתבה, תיארתם לעצמכם שאפשר לחקור למידה וזכרון בנמלים? בשונה מחברותיהן דבורי-הדבש, נמלים נחקרו פחות בהקשרים הללו. אז תזכרו זאת (גם בני-אדם זוכרים, בכל זאת), אם אתם מחפשים חיית מודל נהדרת לחקור.

איור 1: תיאור סכמטי של המבוכים שאותם היו צריכות לפתור הנמלים הנווטות. מצד שמאל של המלבן מצוי הקן באופן קבוע (דוגמה במבוך מס' 1). מצד ימין החדרנו מבוכים ברמת קושי משתנה (הקל ביותר - 0, המסובך ביותר - 3). באדום מסומן תגמול המזון ובחיצים אדומים הדרך הנכונה לפתירת מבוך מס' 1. נקודות כהות מסמנות כניסות אל תאים נכונים בדרך אל תגמול המזון. נקודות בהירות מסמנות כניסות אל תאים שגויים. ככל שהמבוך יותר מסובך, היחס בין הכניסות השגויות לכניסות הנכונות גדל (שימו לב - יותר נקודות כהות מבהירות!)

איור 2: נמלים מהמין נווטת שחורה (Cataglyphis niger) ניזונות מתגמול המזון (דבש) לאחר שפתרו את המבוך. צילום: מאיה סער.

*למחקר זה היו שותפים: ד"ר ינון שרף, עזיז סובח, תומר גלעד, טל קילון-קלנר ואדר רוזנפלד.

מקורות וקריאה נוספת:

1.   מאמר כיצד גילו שנמלים נווטות סופרות צעדים בעת נווט: The ant odometer: stepping on stilts and stumps
2.   מאמר סקירה על נמלים נווטות, מנגנוני נווט והחיים במדבר: Social life in arid environments: the case study of Cataglyphis ants
3. מאמר על היכולת של נמלים נווטות לחוש את השדה המגנטי של כדור הארץ בעת נווט: The geomagnetic field is a compass cue in Cataglyphis ant navigation
4. מאמר על הניסוי המדובר, מתי לומדות ומתי שוכחות נמלים נווטות: The interplay between maze complexity, colony size, learning and memory in ants while solving a maze: A test at the colony level
5. מאמר על תוחלת החיים במין אחד של הנמלים הנווטות: Life duration and turnover of foragers in the ant Cataglyphis bicolor (Hymenoptera, Formicidae)