מחקר חדש במעבדתו של פרופ' אלון זסלבר מן המחלקה לגנטיקה במכון למדעי החיים מראה שגם תא עצב יחיד במוחה של תולעת קטנה (1 מילימטר), העונה לשם  C. elegans, יכול לעשות את העבודה ולחשב נגזרות.

הכיצד?

התולעת חסרת חוש ראייה, ולכן מסתמכת על חוש הריח על מנת למצוא מקורות מזון. היא מתבייתת על מקור האוכל, לדוגמא פרי מרקיב, בזכות הריחות המופצים ממנו. כדי להתקדם לכיוון האוכל, צריכה התולעת להעריך את עוצמת הריח בנקודה בה היא עומדת, לנוע מרחק קצר בכיוון מסוים, ואז שוב להעריך את עוצמת הריח. חיסור עוצמות הריח בין שתי נקודות קרובות (ממש כהגדרת הנגזרת) מאפשר לה להבין איך להתקדם: אם ההפרש גדול מאפס (נגזרת חיובית) משמע שהיא בכיוון הנכון, ולכן תמשיך ישר. לחילופין, במידה שהנגזרת שלילית, היא בכוון ההפוך ולכן כדאי שתסתובב.
למעשה, גילו במעבדתו של פרופ' זסלבר שהתולעת אפילו יותר מוכשרת מכך. לא רק שהיא מחשבת הפרשים קטנים, היא מחפשת במרחב נגזרות חיוביות שהולכות וגדלות (בדומה לחישוב נגזרות מסדר גבוה יותר), ואסטרטגיית חיפוש זו מביאה אותה הרבה יותר מהר למטרה (ממצא שהתפרסם ב –  Nature Comm.).

לאחרונה מצאו במעבדתו של פרופ' זסלבר שכל זאת נעשה בתא עצב יחיד, ואף הצליחו לפצח את המנגנון המולקולרי שמאפשר את החישוב המורכב. למעשה, מדובר במשוב שלילי תוך תאי שיודע להשוות את הנגזרות החדשות לנגזרת האחרונה שחושבה.

"היופי בשימוש בחיית מודל קטנה ופשוטה כמו התולעת, הוא שניתן להפעיל מגוון שיטות מתוחכמות של הנדסה גנטית וסריקת פעילות של כלל המח ברזולוציה של תאים בודדים, על מנת להבין לעומק מנגנונים מולקולריים מורכבים", מסביר פרופ' זסלבר. "על ידי סריקה של מוטנטים שונים, מצאנו את הגנים והחלבונים שמשתתפים בחישוב התאי. כדי להוכיח שהחישוב נעשה בתא יחיד, החזרנו פעילות של גן פגום בתא המטרה בלבד, ולפתע הוא חזר לבצע את תפקידו החישובי. שיתוף הפעולה הפורה בין חברי המעבדה היה גורם מפתח להצלחה, שכן היה צורך לשלב עבודה מולקולרית וניסויים מורכבים עם בניית מודלים מתמטיים וסימולציות שעזרו לנו להסביר את התוצאות הניסיוניות”.

את המחקר, שפורסם לאחרונה בכתב העת המדעי Molecular Systems Biology, הובילו הסטודנטים רותם רוח  (כיום כבר ד"ר רוח), ושי ילינק (תלמיד מחקר בתוכנית לחישוביות עצבית במדעי המח).

קיראו את המאמרים –

• Nature Communications - https://www.nature.com/articles/s41467-018-05151-2
• Molecular Systems Biology -https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9476886/