לנשום בספירה לאחור

חרקים נושמים אחרת. אין להם ריאות, והם לא משתמשים בזרם הדם כדי להוביל חמצן לתאי הגוף ולסלק פחמן דו-חמצני מהתאים. כתחליף, יש להם פתחי נשימה רבים בדופן הגוף, שדרכם הם מחליפים גזים עם הסביבה. מפתחים אלה מסתעפת מערכת צינורות (טרכיאות) ייעודית, המשמשת להובלת גזים בלבד, ומגיעה כמעט לכל תא בגוף. שרירים זעירים, הסמוכים לפתחי הנשימה, שולטים על הפתיחה והסגירה של הפתחים, וכך גם על קצב חילוף הגזים עם הסביבה. 

יש חרקים שבמצבים של פעילות נמוכה "עוצרים את הנשימה". הם מחזיקים את פתחי הנשימה שלהם סגורים למשך דקות ארוכות, לאחר מכן פותחים אותם למספר דקות, וחוזר חלילה. היות ודגם נשימה מחזורי זה כרוך בתנודות בחומציות הדם סבורים רוב החוקרים שיש בו גם יתרונות. אלא שהיתרון האבולוציוני בעצירת הנשימה שנוי במחלוקת מזה עשרות שנים.

לאחרונה הוצעה השערה, לפיה דגם הנשימה המחזורי מאפיין חרקים בעלי מוח גדול יחסית (דוגמת נמלים וחרקים אחרים החיים בקבוצות), ש"עלות" הפעלתו גבוהה. לפי ההשערה קיים בחזה החרקים מרכז עצבים שמכתיב נשימה מחזורית, אבל הוא מעוכב על ידי המוח כשהחרק פעיל גופנית. במצב מנוחה, עם ירידת פעילות המוח, מופסק העיכוב על מרכז הבקרה בחזה, ודגם הנשימה הופך למחזורי.

האם קיים קשר בין גודל המוח (וחיים בלהקות) לבין דגם הנשימה? והאם למוח החרק השפעה מעכבת על מרכז בקרת דגם הנשימה בחזה? ד"ר ערן גפן והסטודנטית טלי ברמן מהחוג לביולוגיה וסביבה, יחד עם פרופסור אמיר איילי מאוניברסיטת תל-אביב, בדקו את השאלות הללו במחקר שהתפרסם לאחרונה.

נחיל ארבה בנגב. צילום: יואב מוטרו

הארבה המדברי הוא חגב המסוגל לחיות בבדידות או בקבוצות - להקות הארבה (בתמונה למעלה). חגבים שגדלים בקבוצה שונים במראה, בהתנהגות, ובמגוון מדדים גופניים בהשוואה לחגבים הגדלים ביחידות (ראו תמונות למטה). יתרה מזו, לחגבים מהמופע הקבוצתי מוח  גדול יותר בכ-30% בעוד גודל הגוף דומה! למרות ההבדלים האלה, מצאו החוקרים שכיחות דומה של עצירת הנשימה בחגבים בודדים בהשוואה לחגבים מלהקות. מכאן הסיקו שגודל המוח אינו משפיע על דגם הנשימה.

מופע יחידאי (למעלה) ולהקתי (למטה) של ארבה המדבר

חגבים גם חיים לא רע בלי מוח. למעשה, חרקים מסוגלים לחיות מספר ימים אפילו לאחר הסרת הראש! בניסוי שני, ניתקו החוקרים את העצבים המחברים בין המוח לחזה, ובכך מנעו מהמוח לשלוט על מרכז בקרת הנשימה בחזה. בעקבות כך, לא  עלתה שכיחות הנשימה המחזורית, אלא נשארה ללא שינוי בחגבים הקבוצתיים ונעלמה כליל ביחידנים!

נראה, אם כך, שלחיים בלהקה אין השפעה על דגם הנשימה בארבה, בעוד שלמוח יש תפקיד בקרה מורכב. כיצד מתבצעת הבקרה, והאם היא מועילה לחגבים? האם ההבדל בין מופעי הארבה בתפקיד המוח בבקרה העצבית של הנשימה יוביל לפתרון התעלומה של משמעות הדגם המחזורי? המחקר בשאלות אלה נמשך, במימון הקרן הלאומית למדע.