Algorithm: a set of steps that are followed in order to solve a mathematical problem or to complete a computer process – Merriam Webster Dictionary
الخوارزمية: مجموعة من الخطوات يتم اتباعها بالترتيب لحل معادلة رياضية أو تنفيذ برنامج كمبيوتر
يظن البعض أن الغرائز أو ما يسمى أحيانا بالفطرة هو سلوكيات بسيطة من طراز (جوع-بحث عن الطعام) (ظمأ-بحث عن ماء) (برد-بحث عن دفء) الخ و بغض النظر عن كون هذه السلوكيات سالفة الذكر ليست بالبساطة المتوهمة اذ تتطلب توصيلات عصبية و تفاعلات كيميائية خاصة ليشعر الكائن بقدر من المعاناة بسبب الظرف البيئى حتى تعمل كجرس انذار له الا أن الكثير من هذه السلوكيات فى الواقع تعتمد على خوارزميات (معادلات رياضية و برامج أشبه ببرامج الكمبيوتر) تقوم بعمل شديد التعقيد من جمع المدخلات الحسية و عمل حسابات و اتخاذ قرار مثلا هذا نموذج من احدى الدراسات للخوارزمية (البرنامج) الذى يتبعه ذكر العث فى سلوك قد يبدو ظاهريا بسيط مثل تتبع الأنثى من أجل التزاوج. يشمل برنامج التتبع التقاط اشارة فرمون الأنثى و احصاء معدل الالتقاط أثناء الطيران (مثلا كم جزئ فى الثانية) و تعديل اتجاه الطيران حال انخفاض المعدل أو القيام بعملية بحث محلية حال فقدان الاشارة مع وجود عملية متابعة و "نقاط اتخاذ قرار"
Alexander Liberzon et al., "Moth-inspired navigation algorithm in a turbulent odor plume from a pulsating source" PLOS ONE June 13, 2018
طبعا من نافلة القول أن نذكر أن الاليات البيولوجية hardware يجب أن تكون موجودة ابتداءا كالية الطيران و اطلاق الفيرمونات لدى الأنثى و التقاطها لدى الذكر و التكاثر الجنسى ابتداءا و لكن كتاب اليوم Animal Algorithms سيركز على البرنامج الحاسوبى software الذى يجعل كل هذا يعمل و كما يظهر لنا من الصورة أن برمجة العث كأى برنامج كمبيوتر تتألف من عدة خطوات مع وجود عمليات منطقية Boolean logic فى كل خطوة: هل حدث كذا؟ نعم اذن انتقل الخطوة كذا – لا اذن انتقل الى الخطوة كذا...الخ...و كنا قد أوردنا بعض الأمثلة عن القدرات الادراكية و السلوكية المتقدمة للكثير من الكائنات و لكن اريك كاسل سيزيدنا اليوم
اريك كاسل Eric Cassel خبير فى أنظمة الملاحة و الطيران و تحديد الموقع GPS عمل مستشارا فى وكالة الفضاء الأمريكية NASA و وكالة الطيران الفدرالية FAA بالولايات المتحدة و قام بالاشراف على تطوير الكثير من أنظمة الملاحة و الطيران و أثار ذهوله كيف تتمكن الأجهزة العصبية الصغيرة للحشرات و الطيور من اتمام ما يحتاج المهندسون فى اتمامه الى برامج حاسوبية من الاف الأسطر من الكود و أجهزة حاسب الى متقدمة و معادلات رياضية دقيقة (طبعا الى أجهزتهم العصبية و أدمغتهم شديدة التقدم و التعقيد) و كيف أن كل هذه البرامج و المعادلات لا يمكن أن تنشأ خطوة خطوة من الصفر بل ان هناك حد أدنى من "الكود" (أسطر البرنامج) لوجود وظيفة و حد أدنى من المعدات (الخصائص البيولوجية) لتنفيذها.
ان حركة الكثير من الكائنات الحية سواءا أثناء الهجرة أو البحث عن الطعام ليست مجرد رد فعل بسيط كالتحرك نحو ضوء الشمس أو بعيدا عن درجة الحرارة غير الملائمة و لكنها نظام ملاحى متكامل. يحتاج أى نظام ملاحى الى معدات رصد (لقياس السرعة/الاتجاه/الوقت...الخ) و دوائر معالجة (حواسب الية) لتخزين البيانات و تنفيذ البرامج و المعادلات و برامج لادارة الجزأين السابقين و معالجة المعلومات الواردة منهما بالشكل الصحيح و اتخاذ القرار. تتضمن المعلومات الموقع الحالى و الموقع المراد الوصول اليه و الطريق الأفضل و الذى يتم تحديده وفق عدد من العوامل ليس فقط وفق كونه الأقصر و سنستعرض بعض الاليات الملاحية المستخدمة فى كلا من الأنظمة الملاحية المصممة و الكائنات الحية مع بعض الأمثلة العملية عليها
الاستنتاج الحسابى Deduced Reckoning
يعتمد هذا الأسلوب على تحديد الموقع الحالى عن طريق تخزين بيانات تفصيلية عن السرعة و الاتجاه و مدة السفر من نقطة الانطلاق من أجل حساب الموقع الحالى و بالتبعية تعديل المسار المطلوب نحو الهدف. فى حالات الرحلات المقسمة الى أجزاء تتم هذه الحسابات لكل مرحلة من الرحلة اذ أحيانا تتغير السرعة أو الاتجاه من مرحلة الى أخرى و يجب الاحتفاظ بكل هذه البيانات لحساب الموقع الحالى بدقة. بمجرد حساب الموقع الحالى يتم تحديد الاتجاه المطلوب سلوكه نحو الهدف و تصحيح المسار اذا كان تعرض للانحراف
تكامل المسار Path Integration
يتم استخدام المعلومات الناتجة من العملية السابقة كمدخلات لعملية جديدة اذ يمكن حساب الخط المستقيم (أقصر طريق) بين الموقع الحالى و أى نقطة على المسار تمت زيارتها مسبقا. يتطلب هذا من البرنامج الملاحى القيام بعمليات Trigonometry حساب مثلثات و هذا الأسلوب شائع فى النمل و النحل و فى النحل يكون أكثر تعقيدا اذ يتم اضافة بعد زائد الى المعادلات لتمثيل الحركة الى أعلى و أسفل كما يقوم البرنامج الملاحى فى حالة النحل بحسابات اضافية لتعويض تأثير الرياح
integration operations invoked by the vector calculus hypothesis are within the honey bee's range of capacities. Numerous detour experiments in which bees were forced to fly indirect, angular routes between hives and food sources have demonstrated that bees can calculate the angle of dancing corresponding to the direct air line between hive and food source. This involves the integration of solar angles and lengths of different flight segments...bees forced to walk angular routes between their hive and food source can also perform the operations of measuring solar angles, quantifying movement distances and calculating the direct line between hive and food source.
Thomas Seeley "Measurement of Nest Cavity Volume by the Honey Bee (Apis mellifera)" Behavioral Ecology and Sociobiology volume 2, pages201–227 (1977)
The foragers meander on the outward travel of a foraging trip, but take a direct route home This requires the ability to integrate the many turning angles and to measure the distance traveled
Bert Holldobler and E. Wilson “The Super Organism: The beauty, elegance and strangeness of insect societies” (2009): p. 118
Mandyam V. Srinivasan "Where paths meet and cross: navigation by path integration in the desert ant and the honeybee" Journal of Comparative Physiology A volume 201, pages533–546 (2015)
Rudiger Wehner et al., “Ant Navigation: One way routers rather than many maps” Current Biology 16: 75-79
Thomas Stone at al., “An anatomically constrained model for path integration in the bee brain” Current Biology 27: 3069-3085
Markus Knaden and Rüdiger Wehner "Ant navigation: resetting the path integrator" Journal of Experimental Biology Volume 209, Issue 1 January 2006: 26 - 31
James and Carol Gould “Nature’s Compass” p.167
و الحقيقة أن مسألة وجود خوارزمية لحساب و تحديد المسار و ما هو أقصر طريق نحو نقطة بعينها هذه قد حدثت فيها أبحاث مبهرة على بعض من أبسط الكائنات اذ وجد العلماء كائنات وحيدة الخلية قادرة على تحديد أقصر مسار بين عدة نقاط مرتبطة بشبكة من الطرق الممكنة و هو ما يسمى بمشكلة الترحال Traveling Salesman Problem فى علوم الرياضيات و تتطلب أحيانا حواسب الية و برامج خاصة لحلها و ايجاد أقصر و أفضل مسار يمر بجميع النقاط المطلوبة و مع ذلك تحتوى كائنات وحيدة الخلية كالأميبا على برمجة سلوكية تؤهلها لحل المشكلة من أجل الوصول الى طعامها
The problem is NP-hard, meaning that as the number of cities increases, the time needed for a computer to solve it grows exponentially. The complexity is due to the large number of possible solutions. For example, for four cities, there are only three possible routes. But for eight cities, the number of possible routes increases to 2520....the amoeba doesn’t have to calculate every individual path like most computer algorithms do. Instead, the amoeba just reacts passively to the conditions and figures out the best possible arrangement by itself. What this means is that for the amoeba, adding more cities doesn’t increase the amount of time it takes to solve the problem.
LISA ZYGA, “AMOEBA FINDS APPROXIMATE SOLUTIONS TO NP-HARD PROBLEM IN LINEAR TIME” PHYS.ORG DECEMBER 20, 2018
و قد تم القيام ببضعة تجارب يتم فيها وضع الخلايا على خريطة لدولة ككندا أو اليابان أو الولايات المتحدة أو بريطانيا مع توزيع الطعام فى أماكن مقابلة للمدن الرئيسية فاذا بالعفن يرسم طرقا مقابلة لشبكة الطرق السريعة فى هذه البلد (التى لم يحددها المهندسون بناءا على أخطاء النسخ و الصدفة و العشوائية بل بناء على محاولة تحديد أفضل الطرق لربط المدن) و يمر عبرها متخذا أفضل المسارات
...fantastically efficient at finding the quickest route to food. When he placed rolled oats over the country’s population centers and a slime mold culture over Toronto, the organism grew its way across the Canadian map, sprouting tentacles that mimicked the Canadian highway system. It’s an experiment that’s been replicated globally several times now—in Japan, the UK, and the United States—all with a similar outcome.
Rebecca Jacobson “Slime Molds: No Brains, No Feet, No Problem” PBS Newshour (Apr. 5, 2012)
In 2010 he and his colleagues placed a slime mold in the middle of a map of Spain and Portugal, with pieces of food on the largest cities. The slime mold grew a network of tentacles that was nearly identical to the actual highway system on the Iberian Peninsula. “If some countries started to build highways from scratch, I would recommend to them to follow the slime mold routes,” Dr. Adamatzky said...simulate a nuclear disaster. He and his colleagues grew a slime mold network of highways for Canada, then placed a crystal of sea salt — which repels slime molds — on the map where the Bruce nuclear power plant is located, on Lake Huron in Ontario. The slime mold abandoned its tendrils near the salt and then grew a new highway pattern that efficiently rerouted food across Canada. “Reactions to spreading contamination may shed some light what would happen if real disasters occur,” Dr. Adamatzky said.
Carl Zimmer, "Can Answers to Evolution Be Found in Slime?" New York Times (Oct. 3, 2011)
"Slime mold mimics Canadian highway network" ScienceDaily March 26, 2012
و قد وجدت الأبحاث أن النحل أيضا يمتلك خوارزميات قادرة على حل نفس المشكلة للتنقل بين مصادر الغذاء بترتيب محطات الرحلة لاستخدام أقصر طريق لتوفير الطاقة
Bees can solve complex mathematical problems which keep computers busy for days, research has shown...The insects learn to fly the shortest route between flowers discovered in random order, effectively solving the "traveling salesman problem"...Foraging bees solve traveling salesman problems every day. They visit flowers at multiple locations and, because bees use lots of energy to fly, they find a route which keeps flying to a minimum...After exploring the location of the flowers, the bees quickly learned to fly the best route for saving time and energy.
Reed, B. “Bees’ tiny brains beat computers, study finds” The Guardian, October 24, 2010
M. L. Lihoreau, et al. 2010.. "Travel Optimization by Foraging Bumblebees through Readjustments of Traplines after Discovery of New Feeding Locations." The American Naturalist.17
و الحقيقة أن المسألة ليست بهذا التعقيد بل أعقد لأن النحل لا يحتاج فقط لحساب أقصر طريق و لكن يحتاج لتحديد أقصر طريق بين ماذا أو بعبارة أخرى تحديد أى الأزهار التى وجدها مستكشفو الخلية سيزورها فى هذه الجولة و هذا قرار ليس عشوائى بالمرة بل يعتمد على تجارب مسبقة علمته كميات الرحيق التى تنتجها الأزهار المختلفة على مدار اليوم و هذا بعد جديد متغير يضاف الى الحسابات و المعادلات المطلوبة
Flowers at different localities produce different amounts of nectar at different times of the day, a factor accounted for by bees when planning the most productive foraging flights
Jürgen Tautz "The Buzz about bees: Biology of a SuperOrganism" (2008) : p. 86
و من الحلول الفردية الى الحلول الجماعية وجدت الأبحاث أن النمل الذى يعيش وسط أغصان متشابكة يواجه نفس المشكلة و لكن خوازمية عامة تحكم معدل وضع المواد التى يضعها النمل كعلامات طريق و معدل حركة النمل عبر الشبكة الى جانب فترة بقاء المواد نفسها قبل تطايرها تقود فى النهاية الى معرفة أقصر الطرق من اجمالى سلوك أفراد المستعمرة و توزيعهم للأثار عبر الشبكة
Textbook algorithms for this problem find optimum solutions using knowledge of the entire network...no ant has any global information about the network. Observations of turtle ants in the field show that a colony’s trail network approximately minimizes the number of vertices....In summary, our model for how ant trails change over time contributes to the synergistic exchange between biology and computer science, providing a plausible explanation for how turtle ant colonies can find paths that minimize the number of vertices, and suggesting a surprising algorithm for the shortest path discovery, by increasing the flow rate, applicable to distributed engineering systems.
Shivam Garg et al., "Distributed algorithms from arboreal ants for the shortest path problem" PNAS Vol. 120 | No. 6 (January 30, 2023)
لاحظ كيف يعترفون أن الأسلوب الذى يتبعه المبرمجون يتطلب معرفة مسبقة بشبكة المسارات بينما التقنية التى يستخدمها النمل لا تتطلب ذلك مما يجعلها أفضل و قادرة على العمل بمتطلبات أقل و فى ظروف مختلفة و طبعا التقنية الأقل صنعتها عقول المبرمجون و التقنية الأصعب صنعتها "أخطاء نسخ".
البوصلة المغناطيسية:
تعتمد الكثير من الكائنات الحية المختلفة من قشريات و رخويات و حشرات و طيور و أسماك على رصد المجال المغناطيسى للأرض و استخدامه لتحديد الاتجاهات بطريقة أشبه بالبوصلة. يعرف مهندسو النظم الملاحية أن المجال المغناطيسى للأرض ليس ثابتا و لكنه يتحرك فالشمال المغناطيسى مثلا يتحرك بمعدل 10 الى 15 ميل سنويا و ينعكس مع الجنوب بشكل دورى و تشير الأبحاث الى أنهما قد انعكسا معا نحو 25 مرة فى الخمسة ملايين سنة السابقة. بالنظر الى أن الانفجار الكمبرى الذى ظهرت فيه أشكال الحياة المعقدة كان من أكثر من 500 مليون عام و أن الحشرات ظهرت منذ أكثر من 450 مليون عام و الطيور منذ أكثر من 50 مليون عام فانه من الواضح أن الكائنات التى تعتمد على البوصلة المغناطيسية قد عاصرت تغيرات كثيرا للمجال المغناطيسى للأرض كانت كفيلة باتلاف حس الاتجاه لديها و هجرتها الى أماكن و اتجاهات خاطئة و موتها و لكن -كما هو واضح- هذا لم يحدث. معنى هذا أنه بالضبط كما يقوم مصممو الأنظمة الملاحية ببرمجة المعادلات لتعويض مقدار التغير الدورى فى مجال الأرض المغناطيسى فقد احتوت هذه الكائنات على البرمجة التعويضية منذ نشأتها لأخذ التغيرات و الانعكاسات فى الحسبان و تصحيح الاتجاهات بالمعدل الصحيح
Kenneth Lohmann “Magnetic Field perception” Nature 464 (2010): 1140
Donald Launer “Navigation through the ages” (2009): 24, 37
لاحظ أنه و ان كان الكتاب معنى بالبرمجة فان هذا لا يعنى مطلقا أن نشأة الية للاحساس بالمجال المغناطيسى للأرض فى كائن حى أمرا سهلا لمجرد أن البوصلة تبدو لنا بسيطة فالأمر يتطلب ابتداءا معرفة بالعناصر ذات الحساسية المغناطيسية لدمجها فى الالية و معرفة دلالة التغيرات التى يخضع لها العنصر و كيفية استقراء الاتجاهات من خلالها مما يتطلب علما بفكرة وجود شمال و جنوب مغناطيسى ابتداءا. بل تشير بعض الأبحاث الى أن الية رصد المجال المغناطيسى للأرض فى بعض الكائنات قد تكون أعقد بكثر من الاعتماد على بلورات العناصر المغناطيسية و قد تعتمد على مبادئ ميكانيكا الكم عن طريق استثارة زوجا من الالكترونات فى بروتين يسمى Cryptochrome عند التعرض للضوء ثم التقاط تدخال المجال المغناطيسى للأرض مع الالكترونات المثارة
Univesitat Oldenburg "The sixth sense" 04 Aug 2022
James Gould “Magnetoreception” Current Biology 20, no 10 (2010): R435
Robert Beason “Mechanisms of Magnetic Orientation in birds” Integrative comparative biology 45, no. 3 (2005): 565-573
Roswitha and Wolfgang Wiltschko “Sensing Magnetic Directions in birds: Radical Pair processes involving cryptochrome” Biosensors 4 (2014): 222
Erik Gauger et al., "Sustained Quantum Coherence and Entanglement in the Avian Compass" PHYSICAL REVIEW LETTERS 106, 040503
Eric Hand “What and where are the body’s magnetometers?” Science 352, no. 6293 (2016): 1510-11
و طبعا أسهل شيء على التطورى أن يقول لك أن "التطور" قد "استغل" الظواهر الكمومية و القوانين الفيزيائية و المجالات المغناطيسية و لكنهم لم يثبتوا أبدا طريقا مفصلا من الطفرات التى تصمع خطوات مفيدة لصناعة هذه الالية أو غيرها و لن يثبتوه لأننا نعلم من تجاربنا الشخصية مع صناعة هذه الأنظمة أنها لا تتم فى خطوات وظيفية أبدا ناهيك عن أن تحدث هذه الخطوات بأخطاء نسخ!
بعد أن يتم الاستشعار ينبغى "فهم" هذه البيانات و ما تعنيه لاستنتاج الاتجاهات منها ثم حساب الموقع و الاتجاهات و هذا يعنى الانتقال الى الخطوة التالية فى برنامج العمل الملاحى للكائن الحى. تشير الأبحاث الى أن الخلايا العصبية فى مخ الطائر تحتوى على برنامج تحليل دقيق للبيانات و يمكنها تحليل المجال المغناطيسى الذى تلتقطه من حيث الكثافة و القطبية و الاتجاه و زاوية الميل...الخ (المزيد من كرامات أخطاء النسخ)
Le-Qing Wu and J. David “Neural Correlates of a magnetic sense” Science 336 (2012): 1054-1057
بل و يعرف البرنامج الملاحى للطيور المهاجرة كذلك أن زاوية الميل المغناطيسى Magnetic inclination angle تنعكس بعد عبور خط الاستواء و يقوم بتعويض قيمة الانعكاس حتى لا ينطلق الطائر فى اتجاه خاطئ
Roswitha and Wolfgang Wiltschko “Sensing Magnetic Directions in birds: Radical Pair processes involving cryptochrome” Biosensors 4 (2014): 222
و يشير بعض أنصار فرضية التفاعل الكمومى لبروتين cryptochrome الى أن استخدام أحد البروتينات الحساسة للضوء قد يشير الى امكانية دمج الية البصر فى الموضوع و كأن الطائر سيرى الخطوط المغناطيسية و الاتجاهات كطبقة فوق الرؤية العادية map overlay كما تفعل بعض برامج تحديد الموقع و الاتجاهات
Paul Davies, Seth Lloyd and Thorsten Ritz "Quantum Biology: The Hidden Nature of Nature" at World Science Festival @ 40:00
The researchers are still puzzling over the significance of these findings. The fact that cryptochrome interacts with a photoreceptor molecule could mean that a magnetic stimulus triggers the same signalling cascade as visual stimuli. The interaction with the second protein, on the other hand, could indicate that the magnetic sensor triggers its own, as yet unknown, signalling pathway...But it emerged that all three proteins are produced in the double cones – a specific type of sensory cells located in the retina. These light-sensitive nerve cells therefore appear to be the site of magnetic sensing...The most likely option is that birds see the magnetic field as a visual pattern
Univesitat Oldenburg "The sixth sense" 04 Aug 2022
Proteins within the eyes of the European robin are sensitive to magnetic fields, research shows, suggesting that the bird can “see” Earth’s magnetic field and perhaps uses it to navigate.
"50 years ago, scientists wondered how birds find their way home" Science News (APRIL 15, 2024)
لاحظ أنه سواء صحت فرضية دمج البرنامج الارشادى مع الرؤية أم لا ففى جميع الأحوال حتى يتمكن الطائر من تحديد موقعه وفقا لبيانات المجال المغناطيسى للأرض يجب أن يحتوى مخه على جداول معلومات تحتوى على بيانات المجال المغناطيسى فى مواقع مختلفة حتى يقارن بينها و بين ما يلتقط فيحدد موقعه الحالى ثم يضبط اتجاهاته نحو الهدف (المزيد و المزيد من كرامات أخطاء النسخ التى سجلت هذه البيانات فى عقله)
و قد جرت عدة أبحاث على هذا الأمر تم فيها تغيير موقع الكائن مع تعمية عن التغيير حتى لا يتمكن من التقاط الاتجاهات و المسافات خاصة على السلاحف البحرية التى لا تعتمد على التقاط الشمس أو الضوء فاذا بالكائن ينجح فى تحديد وجهته من الموقع الجديد و المسار الذى عليه أن يتبعه ليصل اليها و كأن برنامجه الملاحى قادر على بناء الخرائط و نظام تحديد الموقع GPS من رصد المجال المغناطيسى للأرض ليحدد بشكل ديناميكى موقعه الحالى الجديد و موقع الهدف المسجل فى مخه و ليس أنه مجرد خط ثابت من موقع الى موقع و الأعجب طبعا أن هذه الاليات المتقنة موزعة بين كائنات مختلفة بلا سبف مشترك
the findings are consistent with the hypothesis that nest site selection depends at least partly on magnetic signatures consisting of inclination angle, field intensity, or a combination of the two...These findings, in combination with recent studies on Pacific salmon [11, 12], suggest that similar mechanisms might underlie natal homing in diverse long-distance migrants such as fishes [2, 4], birds [37, 38], and mammals [6].
J. Roger Brothers and Kenneth J. Lohmann "Evidence for Geomagnetic Imprinting and Magnetic Navigation in the Natal Homing of Sea Turtles" Current Biology VOLUME 25, ISSUE 3, P392-396, FEBRUARY 02, 2015
The findings also argue that a magnetic address is imprinted on loggerhead turtles at birth to point the way home.
"Magnetic Beacons shepatd sea turtles home" 15 Jan. 2015
Nathan F. Putman et al., “Longitude perception and bicoordinate magnetic maps in sea turtles” Current Biology 21 (2011): 463-466
Shaun Cain et al., “Magnetic Orientation and Navigation in marine turtles, lobsters and molluscs: Concepts and Conundrums” Integrative and Comparative Biology 45, no.3 (2005): 539
يعلق Douglas Ell الملحد السابق على هذا النموذج فى كتابه counting to god متعجبا من أن أنظمة تحديد الموقع التى نستخدمها تأتى و معها مستشعرات حركة و سرعة و مستشعرات مجال مغناطيسى و الأدهى أنه يتم تحميلها بجداول بيانات المجال المغناطيسى للأرض international geomagnetic reference field IGRF و هى التى أمضى العلماء وقتهم فى اعدادها بعناية عن طريق دراسة و قياس المجال فى مواقع مختلفة بل و يقومون بتحديثها كل فترة بسبب التغيرات التى تحدث للمجال المغناطيسى ثم تولد السلاحف محملة بالأجهزة و جداول البيانات المطلوبة مع بيانات التحديث و يفترض بنا أن نصدق أنها بسبب أخطاء فى نسخ الحمض النووى تصادف أن أنتجت هذه البيانات ليختارها الانتخاب الطبيعى!
و فى سياق الحديث عن الخرائط فان بعض الأبحاث تشير الى أن جزءا من القشرة المخية للفئران مصمم لتمثيل بيانات حاسة الشم على هيئة خريطة للمكان
"Primary olfactory (piriform) cortex is thought to be the main cortical region for encoding odour identity. Here, using neural ensemble recordings in freely moving rats performing an odour-cued spatial choice task, we show that posterior piriform cortex neurons carry a robust spatial representation of the environment. Piriform spatial representations have features of a learned cognitive map, being most prominent near odour ports, stable across behavioural contexts and independent of olfactory drive or reward availability."
Cindy Poo et al., "Spatial maps in piriform cortex during olfactory navigation" Nature volume 601, pages 595–599 (2022)
البوصلة الضوئية:
تعتمد بعض البرامج الملاحية فى الكائنات الحية على موضع الشمس فى السماء اذ تقوم برصد هذا الموضع ثم حساب ما يسمى "زاوية أزيموث" (الزاوية بين خط مستقيم يمتد من موقعك الحالى نحو الشمال أو نحو هدفك و خط اخر من موقعك الحالى نحو الشمس نهارا أو القمر ليلا) azimuth angle و التى تعتمد عليها الكثير من الأنظمة الملاحية التى ابتكرها البشر و لكن هذا القياس يختلف من موقع جغرافى الى اخر (عبر خطوط العرض) و من وقت الى اخر عبر فصول السنة بسبب ميل محور دوران الأرض بل و على مدار اليوم بسبب حركة الشمس مما يعنى أن أى حسابات أو اجراءات تحدث فى الجهاز العصبى/المخ للكائن يجب أن تكون قد بنيت على معرفة مسبقة بهذه الحقائق الفلكية و الجغرافية و على قياس دقيق لمعدل تحرك الشمس فى السماء عبر اليوم لتعويض الفروق و التغيرات فى موضع الشمس بين الأماكن و التوقيتات المختلفة و قد وجدت التجارب أنه بتغيير موضع الكائن من الشمس أو اطلاقه فى نقطة مختلفة يقوم بحساب زاوية أزيموث بالشكل الصحيح وفقا للموقع الجديد مما ينفى بعض محاولات التفسير الاختزالية التى تزعم أنها حركة بدائية بسيطة وفقا لموقع الشمس من السماء
Rudiger Wehner “The desert ant’s navigational toolkit: Procedural rather than positional knowledge” Journal of the institute of Navigation 55, no. 2 (2008): 109
James and Carol Gould “Nature’s Compass” p. 73, 87-90
Talbot Waterman “Animal Navigation” p.100
معنى هذا من جديد أن أخطاء النسخ لم تنتج نظاما حسابيا دقيقا فحسب بل زودته بمتغيرات قائمة على معرفة بعلم الفلك حتى لا يقود الكائن الى اتجاه خاطئ. طبعا أسهلل ما على التطورى قوله هو "لابد أنها بدأت كحركة بسيطة نحو الشمس ثم تطورت" و يرسم لك سهما بين هذا و ذاك و المشكلة أن هذا السهم لا يشرح أبدا كيف قامت أخطاء باضافة كل هذه البيانات و الحسابات و المعادلات على ما يفترض كونه مجرد حركة فى اتجاه الشمس. ان القاء مصطلحات على غرار "خطوة خطوة" “لأنها مفيدة" “ملايين السنين" حشو كلامى و ليس تفسيرا
و كأن القيام بحسابات هندسية لا يكفى فهناك مستوى اخر يعتمد على العلم بفيزياء الفوتونات و استقطاب الضوء ففى حالة عدم امكان رؤية الشمس بشكل مباشر تمتلك بعض الكائنات القدرة على التقاط اتجاه تذبذب فوتونات الضوء و من ثم حساب ما يسمى محور الاستقطاب polarization لتحديد مصدر هذا الضوء دون رؤيته مباشرة
they employ a celestial compass system using spectral and polarization channels and vector integration when homing from a foraging excursion….Even if an ant lingers for hours away from home, she can still adjust her reading by means of an internal clock that compensates for the arc of the sun's movement.
Bert Holldobler and E. Wilson “The Super Organism: The beauty, elegance and strangeness of insect societies” (2009): p. 118, 212
P. Kraft et al., “Honey bee navigation: Following routes using polarized light cues” Philosophical transactions of the royal society B. 366, no. 1565 (2011): 703-708
Rudiger Wehner “Desert ant navigation: how miniature brains solve complex tasks” Journal of Comparative physiology 189 (2003): 579-588
"The ants' celestial compass system: spectral and polarization channels" in Miriam Lehrer et al., "Orientation and Communication in Arthropods" (1997)
Karl von Frisch “Bees: their vision, chemical senses and language”
من جديد نحن نحتاج الى المعدات hardware لالتقاط اتجاهات استقطاب الضوء ثم البرنامج software الذى سيقوم بالحسابات الفيزيائية/الهندسية و الذى لا يقوم بالحسابات الصحيحة فقط بل يقوم بها وفقا للمبادئ التأسيسية الصحيحة أيضا اذ تشير الأبحاث الى أن الحسابات أثناء عمليات الهجرة بعيدة المدى لا تتم وفقا للهندسة الاقليدية العادية (هندسة الأشكال المسطحة) بل وفقا للهندسة الكروية اللااقليدية Spherical geometry الأكثر تعقيدا اذ تتمكن الكثير من الكائنات التى تهاجر لمسافات طويلة أن تحسب ما يسمى Great circle route و هو أقصر طريق بين نقطتين على سطح كرة و الذى يختلف عن حالة الحساب ان كان السطح مسطحا [يبدو أن أخطاء النسخ المجيدة و هى تعمل لكتابة برامج الملاحة و انشاء المعدات المطلوبة كانت تعلم أن الأرض كروية] و ليس هذا فقط بل-كأى عالم محترم خبير فى مجاله-تأخذ بعض الكائنات قياسات استقطاب الضوء فى أوقات مختلفة عبر اليوم ثم تقوم بحساب المتوسط للخروج بنتيجة أدق ثم تقوم بدمج بيانات هذه الالية الملاحية مع اليات أخرى كالبوصلة المغناطيسية لتحسين ضبطها للوصول الى دقة ملاحية أعلى [المجد لأخطاء النسخ و اعادة توصيل الدوائر العصبية و الانتخاب الطبيعى و كل المهازل التى يتم افتراضها للهروب من القول بالتصميم]
Rachel Muheim et al., “Polarized light modulates light dependent magnetic compass orientation in birds” PNAS 113, no. 113 (2016): 1654
William Cochran et al., “Migrating Songbirds recalibrate their magnetic compass daily from twilight cues” Science 304 (2004): 405
Schneider, et al., “Migratory bats are sensitive to magnetic inclination changes during the compass calibration period,” Biology Letters, 2023, 19: 20230181.
Lindecke, et al., “Experienced Migratory Bats Integrate the Sun’s Position at Dusk for Navigation at Night,” Current Biology, 29, 1369-1373, April 22, 2019.
Rachel Muheim, John B. Phillips, Susanne Akesson, “Polarized Light Cues Underlie Compass Calibration in Migratory Songbirds,” Science, Vol. 313, 11 August 2006, 837-839.
و التقاط الضوء ليس مهما فقط من أجل الهجرة بل أحيانا يكون مهما من أجل "جدول الأعمال" اذ تضبط بعض الكائنات تصرفاتها بقياس مدى قوة الضوء لضبط ما يسمى بالساعة البيولوجية circadian clock التى تتحكم فى الكثير من السلوكيات و أحيانا يمتلك الكائن تقويما كاملا و ليس مجرد ساعة لتحديد فى أى مرحلة من مراحل القمر نحن الان (الشهر القمرى) ثم تنظيم سلوكيات مثل التكاثر وفقا للتوقيت.
have now revealed that a molecule called L-cryptochrome (L-Cry) has the biochemical properties to discriminate between different moon phases, as well as between sun- and moonlight...Many marine organisms, including brown algae, fish, corals, turtles and bristle worms, synchronize their behavior and reproduction with the lunar cycle. For some species, such as the bristle worm Platynereiis dumerilii, lab experiments have shown that moonlight exerts its timing function by entraining an inner monthly calendar, also called circalunar clock
Universitat Wien "Circalunar clocks: using the right light" 08. September 2022
Birgit Poehn et al., "A Cryptochrome adopts distinct moon- and sunlight states and functions as sun- versus moonlight interpreter in monthly oscillator entrainment" Nature Communications volume 13, Article number: 5220 (2022)
أى أننا اذا استعرنا تشبيه دوجلاس ال السابق عن الهواتف المحمولة فالكائن هنا يولد بمستشعرات الضوء و ببرنامج نتيجة calendar يخبره متى يفعل ماذا وفقا لبيانات مستشعرات الضوء خاصة و أن بروتين الاستشعار قادر على التفرقة بين كثافات ضوئية مختلفة و يتعدل تركيزه فى أجزاء الخلية وفق هذه الكثافات كما تقول الورقة
L-Cry’s major role could be that of a gatekeeper controlling which ambient light is interpreted as full-moonlight stimulus for circalunar clock entrainment,...This suggests that different cellular compartments convey the different light messages to different downstream pathways.
و بالمناسبة القدرة على تحديد موقع الشمس و القيام بحسابات بناءا عليه ليست قاصرة على الهجرة فبعض النباتات الثابتة فى أماكنها أيضا تعتمد على التقاط شدة الضوء و اتجاه المصدر و تدمج هذا مع بيانات ساعة داخلية لتحدد وقت شروق الشمس و اتجاهها لتتحرك لتواجهها عند الشروق أى أن هذه البرامج الحسابية أيضا موجودة فى النباتات
When scientists try to confuse mallows in their laboratories by swapping the location of the light source, the plants simply learn the new orientation…The magnitude and direction of the sunlight is encoded in light-sensitive tissue, spread over the mallow’s geometric arrangement of leaf veins, and stored overnight. The plant also tracks information about the cycle of day and night via its internal circadian clocks, which are sensitive to environmental cues that signal dawn and dusk. Overnight, using information from all these sources, the mallow can predict where and when the Sun will rise the next day. It might not have concepts such as ‘the Sun’ or ‘sunrise’, but it stores information about the light vector and day/night cycles that allows it to reorient its leaves before dawn so that their surfaces face the Sun as it climbs in the sky. This also allows it to re-learn a new location when plant physiologists mess with its ‘head’ by changing the direction of the light source. When the plants are shut in the dark, the anticipatory mechanism also works offline for a few days. Like other foraging strategies, this is about optimising available resources – in this case, sunlight.
LAURA RUGGLES, “THE MINDS OF PLANTS” AT AEON (DECEMBER 12, 2017)
و الحقيقة أن التقاط الضوء ليس مهما فقط من أجل استخدام الشمس كبوصلة بل تشير أبحاث أخرى الى أن التقاط الضوء مرتبط بقياس فترة النهار و بالتبعية استخدامه لتحديد الفصول و مدى قرب/بعد بدايتها و نهايتها لتحديد الموعد الملائم لبدء رحلة الهجرة. و من جديد نجد أن هذا يتطلب ليس فقط معدات التقاط الضوء بل وجود برمجة لما يشبه الجدول أو النتيجة فى ذهن الطائر ليعرف ما هى أطوال النهار المقابلة لبدايات و نهايات الفصول و التوقيت الملائم لهجرته الذى سيتم حسابه وفق المسافة ليكون وصوله فى الوقت المناسب و الطقس المناسب فى وجهته النهائية (فلا يصل مبكرا مثلا لمكان يستهدفه بعد انتهاء الشتاء فيجد الشتاء لا يزال موجودا أو متأخرا فيسبقه الاخرون للطعام/التزاوج) و طبعا وفقا لنظام التقويم و اتخاذ القرار الديناميكى هذا يتم ضبط تغيرات فسيولوجية أخرى فى الجسد كتغيير الريش القديم استعدادا للرحلة و زيادة معدل تناول الطعام استعدادا للرحلة و تعديل افراز الهرمونات المتعلقة بالهضم و التكاثر/الخصوبة و غيرها من التغيرات المتكاملة المضبوطة بدقة فهى منظومة متكاملة و ليست مجرد أجزاء منفصلة عن بعضها و قد سميناه نظام ديناميكى لأن الباحثون وجدوا أن عملية اتخاذ قرار الهجرة ليست ثابتة الموعد (مثلا قبل عدد محدد من الأيام من انتهاء الفصل) بل تتأثر كل مرة بعوامل متباينة من الجو و معدل توافر الطعام و الماء فى الموطن الحالى و مدى طول/قصر اليوم عبر مراحل الرحلة فى حالة الرحلات الطويلة و غيرها فكل هذه العوامل يتم رصدها و ادخالها كمتغيرات فى عملية اتخاذ القرار
Meghan Bartels "How Do Birds Know When to Migrate?" Scientific American (April 20, 2023)
فى روايته الشهيرة "حول العالم فى 80 يوم" اعتمد الكاتب الشهير جولز فيرن فى حبكة روايته على خطأ حسابى قام به البطل و هو يدور فى رحلة حول العالم جعله لا يقدر اختلاف أطوال الأيام عبر مراحل الرحلة فيحسب ميعاد وصوله بشكل خاطئ و فى عصورنا الحديثة أصبحت لدينا أدوات و برامج نستخدمها لتجنب هذه الأخطاء صنعناها بعلومنا و دراساتنا و لكن يبدو أن بعض من "يصدقون المادية" و يزعمون أنهم يصدقون العلم يريدون أن يبخسوا العلم حقه بزعم أن نفس نتاج العلم و الدراسات يمكن أن يأتى من أخطاء عشوائية عبر التاريخ.
Comments