العلم يبحث في كيفية اهتداء الحيوانات بالمغناطيسية الأرضية ويقيّم الحدود البشرية

فصّل فحص شامل للاستقبال المغناطيسي البيولوجي كيف تهتدي الأحياء البرية المهاجرة عبر مساحات الكوكب الشاسعة من خلال استشعار المجال المغناطيسي للأرض، مع تقييم ما إذا كانت البيولوجيا البشرية تحتفظ بأي قدرة كامنة لإدراك القوى الخفية ذاتها، وفقاً لتقرير أعدته الصحفية العلمية Anastasia Scott. ويجمع التحليل عقوداً من التجارب الميدانية الإمبيريقية والتحقيقات المختبرية الفيزيائية الحيوية التي تتبعت أسماك القرش السطحية، وسلمون المحيط المفتوح، والسلاحف البحرية ضخمة الرأس، وحمام الزاجل. وتسافر هذه الأنواع بانتظام عبر آلاف الكيلومترات من المحيطات والسماوات الخالية من المعالم بدقة متناهية عبر قراءة التغيرات في الشبكة المغناطيسية الأرضية، مما يثير تساؤلات مستمرة حول الآليات الفيزيائية الحيوية المعنية والحواجز الفسيولوجية التي تمنع البشر من مشاركة هذه القدرة الحسية بصورة واعية.

## حقائق رئيسية

- تقرأ الكائنات الحية المهاجرة، بما في ذلك السلاحف البحرية والسلمون والحمام وأسماك القرش، المجال المغناطيسي للأرض لعبور مسافات شاسعة دون الاستعانة بمعالم بصرية. - تتفاوت شدة المجال المغناطيسي للأرض بنمط يمكن التنبؤ به، حيث تتراوح بين نحو 25 ميكروتسلا بالقرب من خط الاستواء إلى قرابة 65 ميكروتسلا عند القطبين المغناطيسيين، إلى جانب زوايا ميل متمايزة تشكل شبكة ملاحة جغرافية. - حدد العلماء آليتين داخليتين رئيسيتين للاستشعار المغناطيسي: عملية كيميائية كمومية معتمدة على الضوء تشمل بروتينات الكريبتوكروم في شبكية العين، وترسبات مجهرية من الماغنتيت (أكسيد الحديد) مطمورة داخل بنيات الأعصاب الحسية. - تعتمد أسماك القرش والأسماك صفيحية الخياشيم القريبة منها على طريقة ثالثة تُعرف بالحَث الكهرومغناطيسي، مستخدمة مساماً مملوءة بالهلام تُدعى أمبولات لورنزيني ترصد التغيرات الكهربائية الدقيقة الناتجة عن سباحتها عبر مجال الأرض. - أظهرت تجارب مختبرية منضبطة أُجريت على مشاركين من البشر تحولات معزولة في الموجات الدماغية أثناء محاكاة دوران المجال المغناطيسي، غير أن الباحثين لم يجدوا أي دليل على وجود إدراك واعٍ أو توجيه مكاني وظيفي لدى البشر.

## ما حدث

وفقاً لما أوردته Anastasia Scott، تجمع هذه الدراسة الأدلة الكثيرة التي تفسر كيفية ترجمة الأصناف الحية المتنوعة للمجالات المغناطيسية الخفية إلى خرائط مكانية وظيفية، كما تعيد تقييم الفرضية القديمة القائلة باحتمال امتلاك البشر مكافئاً حسياً غير مفعل. فعلى مدى عقود، لاحظ علماء الطبيعة وفسيولوجيا الحواس أن أنواعاً مثل السلاحف البحرية ضخمة الرأس (*Caretta caretta*) وسلمون السوكي (*Oncorhynchus nerka*) تقطع رحلات عابرة للمحيطات تمتد عبر أحواض مائية كاملة، وتعود باستمرار وبدقة إلى شواطئ ولادتها وأنظمتها النهرية للتكاثر.

ويوضح تقرير Scott كيف تعتمد هذه الحيوانات على نظام بوصلة وخريطة بيولوجي قادر على فك شفرة خاصيتين حاسمتين للمجال المغناطيسي للأرض: زاوية الميل — وهي الزاوية التي تتقاطع عندها خطوط القوى المغناطيسية الأرضية مع سطح الكوكب — وشدة المجال. ومن خلال تقييم هذين العاملين، تحدد صغار السلاحف البحرية السابحة عبر دوامة شمال الأطلسي موقعها الجغرافي وتعدل مسارات سباحتها لتفادي التيارات الباردة المميتة، لتعمل فعلياً بنظام إحداثيات داخلي وفطري.

ويستعرض التقرير كيفية تغلب أسماك القرش وحمام الزاجل على تحديات ملاحية مماثلة عبر مسارات فيزيائية متباينة؛ إذ تبحر أسماك القرش السطحية عبر الحث الكهرومغناطيسي مستعينة بمسام حسية متخصصة تسمى أمبولات لورنزيني. فعندما يتحرك حيوان موصل للكهرباء عبر المجال المغناطيسي للكوكب، تتشكل تدرجات جهد كهربائي ضعيفة عبر جسده، وتقيس هذه الأعضاء المستقبلة للكهرباء تلك التدرجات بحساسية بالغة. وفي غضون ذلك، يدمج حمام الزاجل (*Columba livia*) المعلومات المغناطيسية مع الإشارات الشمية ومواقع الأجرام السماوية، مستخدماً الاستقبال المغناطيسي كخيار احتياطي موثوق في الأيام شديدة الغيوم حين تحتجب الشمس والنجوم كلياً.

وتقيّم Scott التساؤل الملازم الذي أثار اهتمام علماء بيولوجيا الحواس لأجيال: ما إذا كان البشر يمتلكون حاسة مغناطيسية كامنة أو ضامرة أو غير مضبوطة. ورغم الادعاءات المتقطعة بوجود حدس توجيهي لدى البشر، لا تزال الاختبارات المنضبطة تشير إلى أن بني البشر يفتقرون إلى مسار حسي وظيفي للاستقبال المغناطيسي. ويبحث تقرير Scott إمكانية قيام التعزيز التكنولوجي أو التحفيز العصبي أو الآليات الجينية بردم هذه الفجوة مستقبلاً، خالصاً إلى أن البنية العصبية البشرية تفتقر حالياً إلى الخلايا المستقبلة المتخصصة ودوائر المعالجة الواعية التي تجعل الملاحة الحيوانية ممكنة.

## لماذا يهم الأمر

يحمل فهم آليات الاستقبال المغناطيسي انعكاسات بالغة الأهمية على صون التنوع البيولوجي العالمي، والتطوير التكنولوجي، وبيولوجيا الحواس البشرية. فالأنواع المهاجرة تشكل روابط حيوية عبر الشبكات الغذائية البرية والبحرية. ونظراً لأن أنظمتها الملاحية تعتمد على تفاعلات فيزيائية حيوية دقيقة، فإن البيئات الصناعية المعاصرة تُحدث اضطراباً غير مسبوق. فقد أثبتت التجارب المختبرية والميدانية أن الضوضاء الكهرومغناطيسية الناتجة عن الأنشطة البشرية — والمتولدة عن البنية التحتية لنقل الكهرباء وأبراج الاتصالات عالية الطاقة والأجهزة الإلكترونية في المدن — تشتت الطيور المغردة المهاجرة، مما يعطل مواعيد رحلاتها الموسمية ويسهم في تراجع أعدادها.

وبالنسبة للمعنيين بالحفاظ على الحياة البرية ومديري الموارد البحرية، فإن تخطيط الممرات المغناطيسية التي تستخدمها السلاحف البحرية والمخزونات السمكية الحيوية تجارياً كالسلمون يعد أمراً ضرورياً لتحديد المحميات البحرية وتنظيم مسارات الشحن. وإذا أطلقت مشاريع البنية التحتية، مثل كابلات الطاقة البحرية التابعة لمحطات الرياح الشاطئية، مجالات كهرومغناطيسية موضعية تتجاوز قيم المغناطيسية الأرضية الطبيعية أو تشوهها، فإنها تهدد بتغيير مسارات الهجرة، أو طرد الأسماك صفيحية الخياشيم القاعية، أو إرباك رحلات عودة السلمون.

وفضلاً عن حماية البيئة، يقدم فك ألغاز الاستقبال المغناطيسي البيولوجي مخططات تأسيسية لتقنيات الملاحة من الجيل الجديد. فوسائل النقل التجاري الحديثة والأنظمة الدفاعية والاتصالات تعتمد اعتماداً كبيراً على نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، وهو شبكة أقمار اصطناعية مدارية معرضة لاضطرابات الطقس الفضائي والهجمات السيبرانية وتشويش الإشارات. وقد يتيح ابتكار مستشعرات ملاحة تحاكي الأنظمة الحيوية، وتستنسخ الحساسية الكمومية المصغرة والمنخفضة الاستهلاك للطاقة لدى الطيور المهاجرة أو آليات الحث لدى أسماك القرش، للغواصات والطائرات المسيرة الملاحة بأمان واستقلالية تامة عن إشارات الأقمار الاصطناعية.

## الخلفية السياقية

تطور البحث العلمي في مجال الاستقبال المغناطيسي ببطء خلال القرن العشرين، نظراً لكون الأعضاء الحسية المسؤولة مجهرية، وموزعة في أنسجة الكائن الحي، ولا تختلف شكلياً عن الخلايا المجاورة لها. وبدأ عصر الأبحاث الحديث في Frankfurt بألمانيا أواخر ستينيات وأوائل سبعينيات القرن العشرين، حين أثبت عالما الأحياء Wolfgang Wiltschko وRoswitha Wiltschko عبر أقفاص توجيه منضبطة أن طيور أبو الحناء الأوروبية (*Erithacus rubecula*) غيرت نمط اضطراب هجرتها استجابةً لتغيرات مصطنعة في المجالات المغناطيسية المحيطة بها.

وتشعبت الأبحاث اللاحقة إلى نموذجين فيزيائيين رئيسيين؛ يتمحور النموذج الأول، الذي أرسى دعائمه النظرية Klaus Schulten في عام 1978 وطوره باحثون من بينهم Thorsten Ritz وHenrik Mouritsen، حول آلية الأزواج الجذرية. وفي هذا النموذج، يؤدي سقوط فوتونات الضوء الأزرق على بروتينات شبكية متخصصة تُدعى الكريبتوكرومات — وتحديداً كريبتوكروم-4 (Cry4) — إلى تحفيز انتقال للإلكترونات بين فلافين أدينين ثنائي النوكليوتيد (FAD) وسلسلة من أحماض التريبتوفان الأمينية. وتنتج هذه العملية زوجاً متشابكاً من الجزيئات الجذرية تتقلب معدلات إعادة اتحادها الكيميائي تبعاً لزاوية المجال المغناطيسي للأرض، مما يولد نظرياً أنماطاً بصرية من الضوء والظلال تستخدمها الطيور كبوصلة لتحديد الاتجاه.

أما النموذج الأساسي الثاني فيعتمد على الماغنتيت الحيوي، وهو معدن أكسيد الحديد المغناطيسي (*Fe3O4*). وتقوم بلورات الماغنتيت، التي اكتُشفت داخل البكتيريا المنجذبة للمغناطيسية ورُصدت لاحقاً في الأنسجة الغربالية للسلمون ومناقير الطيور والأنسجة القحفية لفقاريات شتى، بليّ أو ضغط أغشية الخلايا الحساسة للضغط الميكانيكي ميكانيكياً عند محاذاتها للمجالات المغناطيسية الخارجية، ناقلة إشارات ميكانيكية مباشرة إلى الجهاز العصبي.

وتحفل أبحاث الاستقبال المغناطيسي البشري بجدل طويل؛ ففي مطلع ثمانينيات القرن الماضي، نشر عالم الأحياء البريطاني Robin Baker من University of Manchester تجارب زعم فيها أن متطوعين معصوبي الأعين تمكنوا من تحديد اتجاه منازلهم بعد نقلهم عبر طرق ملتوية. بيد أن محاولات التكرار اللاحقة في الولايات المتحدة وأوروبا أخفقت في تأكيد نتائجه، مما جعل الفكرة تصنف ضمن العلوم الهامشية لعقود. وعاد الاهتمام بهذا المجال مجدداً في عام 2019، عندما أجرت Caltech دراسة قادها الجيوفيزيائي Joseph Kirschvink، وُضع خلالها مشاركون داخل غرفة فاراداي معزولة كهربائياً ومحاطة بملفات هلمهولتز. وسجلت مخططات كهربية الدماغ (EEG) هبوطاً واضحاً في سعة موجات ألفا الدماغية عند تدوير المجال المغناطيسي الاصطناعي إلى أسفل عكس اتجاه عقارب الساعة، ما يشير إلى قدرة الجهاز العصبي المركزي البشري على تسجيل تغيرات المجال دون وعي منه، حتى وإن عجز الدماغ عن تحويل هذه الإشارات إلى إدراك واعٍ.

## ردود الفعل

يعكس التفاعل مع هذه البيانات المجمعة حول الاستقبال المغناطيسي في الأوساط العلمية انقساماً بين حقائق بيولوجية مُسلّم بها وجدل مستمر حول الآليات الخلوية. إذ يُجمع علماء الأحياء التطورية وعلماء الطيور على حقيقة وجود بوصلة مغناطيسية حيوانية وفاعليتها، مستندين إلى عقود من الاختبارات السلوكية القابلة للتكرار التي أُجريت عبر قارات عدة. ومع ذلك، تبقى هناك خلافات عميقة بشأن مدى رجحان كفة الآليات الكمومية للكريبتوكروم في مقابل أنظمة ماغنتيت أكسيد الحديد، حيث ينخرط الباحثون في سجال نشط لمعرفة ما إذا كانت الحيوانات تعتمد أسلوباً حسياً رئيسياً واحداً أم بنية نظام مزدوج ومتكامل يجمع الطريقتين معاً.

وعلى النقيض، يلتزم علماء فسيولوجيا الحواس وعلماء الأعصاب الحذر الشديد إزاء المزاعم المتعلقة بالاستقبال المغناطيسي لدى البشر. فمع إقرارهم بدقة تجارب قفص فاراداي الأخيرة، يشدد أطباء الأعصاب التقليديون على أن التذبذبات الكهرصبية اللاواعية لا ترقى لتكون نمطاً حسياً وظيفياً. ويرى المشككون أنه في ظل غياب عضو حسي محدد، أو مسار عصب قحفي مرتبط، أو فائدة سلوكية في الحياة اليومية، فإن استجابات الموجات الدماغية المرصودة قد لا تعدو كونها بقايا تطورية غير وظيفية، أو مجرد تفاعلات فيزيائية عرضية مع الحديد الخلوي، وليست معالجة إدراكية حقيقية. وفي المقابل، أبدى ممثلو برامج تقنيات الملاحة والهيئات البحرية اهتماماً لافتاً بالنماذج الحيوية، سعياً لترخيص تقنيات الاستشعار الكمومي الحيوي ومحاكاتها لتعزيز مرونة البنية التحتية.

## ما لا نعرفه بعد

لا تزال هناك ثغرات واسعة تعتري الفهم العلمي للاستقبال المغناطيسي عبر مختلف التخصصات؛ إذ لم يحسم علماء الأحياء بعد بالتحديد هوية الخلايا الحسية المسؤولة عن الاستقبال القائم على الماغنتيت في الطيور والأسماك. فرغم ثبوت وجود جزيئات المعادن المغناطيسية، تبيّن أن عزل خلايا مستقبلة محددة ترتبط مباشرة بعصبونات واردة وظيفية مهمة شاقة بسبب انتشار الحديد البيولوجي في خلايا البلعمة. وعلى النحو ذاته في البيولوجيا الكمومية، يواصل الباحثون دراسة كيفية احتفاظ حالات الأزواج الجذرية في بروتينات الكريبتوكروم بتماسكها الكمومي داخل الوسط الدافئ والمشحون بالضجيج للخلايا الحية، ولفترة تكفي لرصد تقلبات مغناطيسية طفيفة لا تتعدى أجزاء من الميكروتسلا.

أما في الفسيولوجيا البشرية، فلا تزال أسئلة جوهرية بلا إجابات؛ إذ لم يثبت العلم ما إذا كان تعبير شبكية العين البشرية لبروتين كريبتوكروم-2 (hCry2) قادراً على العمل كمستقبل مغناطيسي داخل الأنسجة البشرية الحية، رغم تجارب التعديل الوراثي على ذباب الفاكهة التي بيّنت قدرة البروتين البشري على استعادة ميزة التوجيه المغناطيسي المعتمد على الضوء في الحشرات المعدلة. والأهم من ذلك، لا يزال الباحثون يجهلون ما إذا كانت الاستجابات العصبية الباطنة المرصودة في اختبارات تخطيط الدماغ تخدم أي غرض فسيولوجي في الواقع، أو ما إذا كان بالإمكان تدريبها أو تعزيزها أو تحويلها إلى إدراك مكاني واعٍ دون اللجوء إلى تقنيات جراحية مساعدة للحواس.

## ما يجب مراقبته

ستعتمد الطفرات المستقبلية في مجال الاستقبال المغناطيسي على محطات رئيسية عدة خلال السنوات المقبلة؛ ففي البيولوجيا البنيوية وميكانيكا الكم، يستخدم الباحثون المجهر الإلكتروني البرودي الفائق الدقة ومطيافية الامتصاص العابر لرسم خرائط مسارات انتقال الإلكترونات في بروتينات Cry4 لدى الطيور، واختبار ما إذا كانت طفرات بيوكيميائية معينة تعزز الحساسية للمجالات المغناطيسية. وبالموازاة مع ذلك، يوسع علماء البيئة السلوكية برامج الرصد لتقييم ما إذا كانت الترددات الراديوية للمجالات الكهرومغناطيسية الناجمة عن الشبكات اللاسلكية الحضرية الآخذة في التوسع تعيق حركة الحياة البرية المهاجرة على طول مسارات الهجرة القارية.

وفي المختبرات السريرية ومختبرات علم الأعصاب، يتابع المراقبون تجارب لاحقة تستعين بالرنين المغناطيسي الوظيفي المتطور (fMRI) لتحديد الهياكل الدماغية البشرية القشرية أو تحت القشرية التي تنشط رداً على تحولات المجال المغناطيسي. وهندسياً، يعكف مطورون حكوميون وشركات تجارية على تصميم نماذج أولية لكواشف الشذوذ المغناطيسي المستلهمة من الطبيعة لتحل محل أنظمة الملاحة بالأقمار الاصطناعية في الغواصات البحرية والمنصات الجوية المسيرة. أما تحديد المدى الزمني لقدرة البشر على معايشة هذه التجربة الحسية مباشرة، فسيرتبط بمسار تقدم التكنولوجيا العصبية، ولا سيما واجهات الدماغ والحاسوب غير الجراحية الهادفة إلى ترجمة التدفق المغناطيسي البيئي إلى نبضات حسية لمسية أو بصرية.

يستند هذا المقال إلى تقارير وتجميع علمي قدمته Anastasia Scott.