6-րդ Զգայարանքներու Բնագիտութիւնը

ԴՈԿՏ. ՀՐԱՉ ՊԱՐՍՈՒՄԵԱՆ

Յստակացում.-  Այս յօդուածը չի վերաբերիր մարդկային նախազգացումի եւ կամ հեռազգայնութեան, որուն նախապէս անդրադարձած եմ (1), այլ` զգայարանքներու, որոնք բազմաթիւ կենդանական սեռեր ունին, բայց անծանօթ են մեզի, որովհետեւ մարդկային տեսակը (species) ի սկզբանէ չէ ունեցած, եւ կամ անոնք եղափոխութեան (evolution) ընթացքին բթացած են: Չի վերաբերիր նաեւ մեր զգայարանքներու տարբերակներուն, ինչպէս` գերձայնի (ultrasound) լսողութիւնը, զոր չղջիկներ եւ շուներ ունին, կամ` լոյսի ոչ ծիածանային գոյներու տեսողութիւնը, զոր գիշատիչ թռչուններ, օձեր եւ ծովային անասուններ ունին, եւ կամ` լոյսի բեւեռացումի ընկալումը, զոր ունին մեղուներ, եւ կամ` երկճիւղ հոտառութիւնը, զոր ունին սողուններ (2):

Մարդկային զգայնութիւնը գերազանցապէս կը յենի ցերեկային տեսողութեան վրայ, այդ պատճառով մեր աչքերու զգայնութիւնը բարձրագոյնն է դեղին (արեւու) գոյնին համար: Միլիոնաւոր տարիներ առաջ, սակայն, կաթնասունները եղած են գիշերային փոքր անասուններ, որպէսզի խուսափին ցերեկային գերակայ գիշատիչ հոյամողէզներէ: Մօտ 65 միլիոն տարի առաջ երկնաքարի մը բախումին իբրեւ հետեւանք` տեղի ունեցած է զանգուածային բնաջնջում, որ վերջ տուած է հոյամողէզներու տիրապետութէան (3): Հոյամողէզներու ժառանգորդները թռչնազգիներն են, որոնք ցերեկային են եւ գլխաւորաբար կը յենին տեսողութեան: Գիշերային անասուններ, ձուկեր եւ միջատներ չեն կրնար յենիլ տեսողութեան (4): Կենդանիներու զգայարանքներու ուսումնասիրութիւնը թափ առած է աւելի քան երկու տասնամեակ առաջ, բայց առ այժմ ոչ բոլոր զգայարանքներու գործունէութիւնը  ունի աներկբայ գիտական բացատրութիւններ: Կը սկսիմ ամէնէն հաւաստի բացատրութենէն:

Ա.- Ելեկտրազգայնութիւն (Electroreception).- Իտալացի բազմակողմանի գիտնական Լորենցօ Լորենցինի (1650-1721) իր 1678 թուականին  թմբրաձուկերու (torpille) շուրջ հրատարակած ուսումնասիրութեան մէջ խօսած է անոնց մորթին վրայ գտնուող ծակտիկներու մասին: Ելեկտրական դաշտի թուաբանական ձեւաւորումը պիտի սկսէր զարգանալ շուրջ դար մը ետք միայն, իսկ ելեկտրական զգայարանքներու դեր կատարող ծակտիկներու գիտական ուսումնասիրութիւնները` միայն շուրջ 1980-ականներէ ետք: Այսուհանդերձ, ի պատիւ տաղանդաւոր գիտնականին, ելեկտրազգայարակները (electrosensor կամ electroreceptive sensory organ)  կը կոչուին «Լորենցինիի սրուակներ» (լատինավարի` ampullae): Ձուկեր, ըստ միջավայրի (աղի թէ անուշ ջուր) եւ ըստ կենցաղակերպի (մսակեր գիշատիչ թէ բուսակեր «որս»), ունին զգայարակի բազմաթիւ տարբերակներ, որոնց շուրջ գոյ է եւ կը տարուի լայն ուսումնասիրութիւն: Այստեղ պիտի տամ անոր հիմնական բաղադրիչները միայն: Զգայարանքի աշխատանքի լիարժէք ընկալումը կը պահանջէ բնագիտութէան որոշ (երկրորդական վարժարանի աւարտականի մակարդակով) իմացում:

Ձուկերու եւ այլ ջրակենցաղ (aquatic) անասուններու զգայարակները կ՛ընկալեն այլ անասուններու եւ կամ իրե՛նց արտադրած (այդ մասին աւելի ուշ)  ելեկտրական դաշտը եւ ի հարկէ կը «մեկնաբանեն» այդ դաշտի փոփոխութիւնները: Գծանկարը ցոյց կու տայ ելեկտրազգայակի տարբերակ մը եւ անոր ելեկտրական օրինակումը (electrical model): Այլ զգայակներու պարագային, ֆիզիքապէս կրնան տարբերիլ գլխաւորաբար մորթի հաստութիւնը եւ վիզի երկարութիւնը: Անուշ ջուրի ձուկերուն մորթը աւելի հաստ եւ անթափանց է, որպէսզի մարմնէն ներս գտնուող անհրաժեշտ քիմիական նիւթերը արտամղումի (osmosis) պատճառով դուրս չսպրդին (osmosis): Սրուակը լեցուած է մածիտով մը (jelly), որ անբաղդատելիօրէն  աւելի լաւ ելեկտրական հաղորդիչ է (conductor), քան` մորթը եւ սրուակին պատերը: Սրուակին պատերը (ներառեալ` վիզը) ունին խտացուցիչի յատկութիւն (capacitance), որովհետեւ անհաղորդ են, ուրեմն ելեկտրական լիցքերը կը կուտակուին անոնց երկու (ներս եւ դուրս) մակերեսներուն վրայ: Քանի որ մածիտն ու պատերը համատեղ կապուած են սրուակի ներսի եւ դուրսի միջեւ, անոնց ելեկտրական ձեւաւորումը զուգահեռ (parallel) է: Դիմադրականութիւնը (Resistance-R) անկախ է յաճախականութենէ (frequency – f) մինչդեռ խտացուցիչներու (Capacitance-C) դիմադրականութիւնը կը համեմատի խոտոր (~1/Cf): Այս կը նշանակէ, որ տարբեր յաճախականութեան ելեկտրական դաշտեր տարբեր ուժգնութեամբ կը հասնին սրուակի յատակին գտնուող ընկալող բջիջներուն: Եղափոխութեան միջոցով կը զարգանայ զգայակի այն տարբերակը, որ յարիր է կենցաղակերպին: Աղի ջուրի ձուկեր մօտաւորապէս տասն անգամ աւելի արագ ընկալում ունին, որովհետեւ բարակ մորթ եւ մաշկ կը նշանակէ աւելի փոքր դիմադրականութիւն եւ աւելի մեծ տարողութեան խտացուցիչ (5):

Ելեկտրական դաշտի արտադրութիւն.- Ձուկեր կրնան ունենալ ելեկտրականութիւն արտադրող աւելի քան մէկ տիպի օրկաններ` բաղկացած եղափոխութեան ընթացքին ձեւափոխուած մկանային բջիջներէ, որոնք դարձած են «ելեկտրաբջիջ»-ներ (eletcrocyte): Ուղեղէն ստացուած հրահանգը, որ նախապէս կը պատճառէր պրկում, այժմ կը պատճառէ միայն բեւեռացումի ալեակ (polarization pulse) մը,  որ իր բարձրակէտին համազօր է շուրջ 0.15 վոլթի: Այդ առումով նման են ելեկտրական բարդերու (battery): Բարձր լարում կը ստացուի, երբ անոնք կապուած են յաջորդաբար (series), իսկ` բարձր հոսանք, երբ զուգահեռ են (parallel): Շրջապատը խուզարկելու եւ հաղորդակցելու համար քանի մը (թերեւս նուազ քան տասը) վոլթ բաւարար է: Այդ օրկանը կոչուած է ի պատիւ վաղամեռիկ կենսաբան Սաքսի Carl Sachs 1853-1878): Որսը շանթահարելու համար, սակայն, օձաձուկեր կ՛արտադրեն մինչեւ 600 վոլթի հասնող կարճ (մօտ 1ms) ալեակներու շարք մը (5 կամ վեց հարուած): Հոսանքը սաստկացնելու համար (մինչեւ 1 ամփեր)` երբեմն որսը աքցանելով բերնին եւ պոչին միջեւ (տես գծապատկերը): Առ այդ, օրկանը բաղկացած է բազմահազար բջիջներէ:

Ընկալում եւ հաղորդակցութիւն.- Բեւեռացուած ելեկտրական օրկանը նման է երկբեւեռի: Ինչպէս կողքի գծապատկերը ցոյց կու տայ, մօտակայ տարբեր բնոյթի զանգուածներ դաշտը կը ձեւափոխեն տարբեր ձեւերով: Անկենդան առարկաներու յատկութիւնը այս կամ այն աստիճանի դիմադրական է (resistive-R), իսկ ջրային անասուններ ունին անթափանց մաշկ եւ հաղորդական ներքին, ուրեմն ունին խտացուցիչ (capacitive-C) յատկութիւն, եւ դաշտի գիծերը կը խտանան անոնց շուրջ, որովհետեւ կ՛ուղղուին դէպի մակերեսի լիցքեր: Ձուկի մարմնի ամբողջ տարածքին վրայ գտնուող զգայակները կ՛ընկալեն այդ փոփոխութիւնները: Ստացուած տեղեկութիւններու վերծանումով (ուղեղին մէջ թէ այլուր) կը կազմուի «պատկեր» մը, ինչպէս` մեր աչքերու ցանցենիին (retina):

Ձուկեր եւ թերեւս ջրային այլ անասուններ կրնան նաեւ «երգել» եւ լսել այլ անասուններու երգերը: Այդ կը ծառայէ բազմաթիւ նպատակներու (ինչպէս` զուգաւորումի նախերգանք եւ կամ սպառնալիք), որոնք ուսումնասիրութեան լայն նիւթ դարձած են վերջին տասնամեակներուն` շնորհիւ յառաջացած ճարտարագիտութեան: Կ՛ըսեմ` «երգ», որովհետեւ այդ ալիքները, ինչպէս ձայնի ալիքներ, բացի ուժգնութենէ, ունին երկու իմանալի յատկութիւն, որոնք են` առաջին` յաճախականութիւն դաշնամուրի (եւ շարք մը այլ նուագարաններու) իւրաքանչիւր օքթաւ ունի 12 կիսանոթ, որոնցմէ իւրաքանչիւրին յաճախականութիւնը նախորդէն շուրջ 6% (5.9463…) բարձր է: Երկրորդ յատկութիւնը «որակ»-ն է, որ կը նշանակէ, թէ այդ ձայնը, գլխաւոր յաճախականութեան առընթեր, անոր ո՞ր դաշնապատիկներէն (harmonic) կազմուած է: Այդ ձեւով մը համազօր է ձայնի «երանգապնակին» (գիտական եզրով` spectrum): Նոյն մեղեդին կարելի է նուագել զանազան նուագարաններու միջոցով եւ կամ երգել զանազան ձայնաւոր հնչիւններով: Մեր ուղեղը կը զանազանէ այդ որակը: Կողքի գծանկարը ցոյց կու տայ նոյն նոթով երգուած «Ա» եւ «Ո» հնչիւններու 5 ալիք, ինչպէս եւ` ձուկի երկու սեռերու նոյն յաճախականութեամբ արձակուած ելեկտրական ալիքները: Ձուկեր, ինչպէս մենք, կրնանք զանազանել, թէ այդ ձայնի (նոթի) աղբիւրը ի՞նչ է: Այս հաշուարկը կը կոչուի Ֆուրիէ վերլուծում, որովհետեւ անոր թուաբանական ձեւաւորումը (զէնքը) աւելի քան երկու դար առաջ ձեւաւորած է Ժոզեֆ Ֆուրիէ (1768 -1830): Այո՛, ամէն առիթով յիշել կու տամ, թէ ինչպիսի՛ ապշեցուցիչ իրագործումներ կատարուած են թուղթ-մատիտ, առաւել` ուղեղով, նախքան համակարգիչներու գալուստը:

Բ.- Մեքենական.- Ցած լուսաւորումի համակերպած անասուններ ունին երկու այլ տիպի զգայարաններ, որոնք կ՛ընկալեն շրջապատին մէջ տեղի ունեցող շարժումները: Ընթերցողը ճաշելու ընթացքին հաւանաբար նկատած է, որ ձուկեր իրենց կողերու երկայնքին ունին ոչ սպիտակ երիզ մը: Այդ զգայակը կը կոչուի կողմնային գիծ (Lateral line) եւ կը ծառայէ շրջապատի մէջ տեղի ունեցող ջուրի շարժումները ընկալելու: Կազմուած է ջուրի անցքէ մը, որ որոշ տրամաբանութեամբ շարուած փոքր բացուածքներ ունի: Երբ բացուածքի մը կից ջուրի ճնշումը բարձրանայ, ջուրի անցքի հեղուկը կը շարժի դէպի կից բացուածք, ուր ճնշումը աւելի նուազ է: Այդ շարժումը կը թեքէ ճամբու վրայ ցցուած «տակառիկ»-ներ (լատիներէնով` cupula), որոնց ներքեւի մազուկները կապուած են ընկալող բջիջներու: Ի դէպ, այս նման է ձայնին պատճառած ճնշումի ընկալումին մեր ներքին ականջին (cochlea, յունարէն խխունջ իր ձեւին պատճառով) մէջ, բայց այդ այլ նիւթ է: Շարժումի, ուրեմն եւ ճնշումի ալիքները ջուրին մէջ աւելի արագ եւ աւելի հեռու կը տարածուին, քան` շատ աւելի նօսր օդի մէջ (բնաւ չեն տարածուիր դատարկութէան մէջ): Դլփիններ, որոնք  կաթնասուն են եւ թոքեր ունին, այդ լայնօրէն կ՛օգտագործեն: Ի տարբերութիւն մեզի` ձուկը մորթի տարածքին ունի բազմաթիւ զգայարակներ, որոնք կարելի կը դարձնեն շարժումի աղբիւրին ուղղութիւնը ընկալելու: Կաթնասուն անասուններ, ինչպէս շուներ, իրենց արտաքին ականջները կը շարժեն ճշդելու համար ուղղութիւնը: Մարդոց մօտ այդ մկանները խամրած են եղափոխութեան ընթացքին (6): Ջուրի շարժումներու ուղղութեան ընկալումը կենսական է ե՛ւ «որս»-ին ե՛ւ «որսորդ»-ին համար: Գծապատկերին մէջ ձկնիկը կը զգուշացուի թէ ո՞ր կողմէն կը մօտենայ արագ շարժող մեծ մարմին մը: Կը ծառայէ նաեւ ձուկի վտառներու ինքնակազմակերպումին, ուր ձուկեր կը փորձեն նոյն հեռաւորութիւնը պահել ամենամօտիկ ձկան հետ: Այդ նիւթին նախապէս անդրադարձած եմ այլ բնագաւառի մէջ (7): Ձուկեր ունին նաեւ ներքին ականջներ, որոնց չեմ անդրադառնար, որովհետեւ վեցերորդ զգայարանքի հանգամանք չունին (8):

Շօշափուկներ.- Երկու միլլիկրամ կշռող (անօթի) մժեղներէն մինչեւ 400 քկ կշռող ծովառիւծներ ունին երկար ու կարճ շօշափող մազեր (9): Շօշափուկներ ունի միջատներ որսացող բոյս «Վենիւսի թակարդը», որ բոյս մըն է: Մազոտ են նոյնիսկ չղջիկները եւ փորսուղները, որոնց մորթը լերկ կը թուի: Շօշափուկները դասաւորուած են, ի հարկէ, ըստ անասունի կենսակերպին եւ ատակ են փոքր մկաններու միջոցով ետ ու առաջ շարժելու (գրեթէ անդադար)` շօշափելով անմիջական շրջապատը: Կը կորանան օդի կամ ջուրի հոսանքի պատճառով, եւ երբ հանդիպին արտաքին մարմնի մը: Կորացումի ազդանշանները կը տեղեկացնեն այդ մարմնի ուղղութիւնն ու հեռաւորութիւնը: Մակերեսի հետ շփումին պատճառած փոքր թրթռացումները կը տեղեկացնեն անոր բնոյթը (խորտուբո՞րտ, թէ՞ ողորկ, կպչո՞ւն, թէ՞ սահուն եւ այլն):

Շօշափուկներու բազմազան դերերու շուրջ հրատարակուած են մեծ թիւով ընդարձակ ուսումնասիրութիւններ: Ընթերցողը նկատա՞ծ է արդեօք, որ խոհանոցի անախորժ հիւր բողոճներու ծունկերուն վրայ կան մազոտ տախտակներ (հair plate), եւ գիտէ՞, թէ անոնք կը ծառայեն համակարգուած վազքի, երբ միջատը վտանգի ազդանշան ստանայ այս կամ այն կերպ, ներառեալ` օդի հոսանք, երբ մեր հողաթափը շարժի իր ուղղութեամբ:

Մեքենական զգայակի բազմաթիւ տարբերակները ունին միեւնոյն հիմնական կառոյցը, որ ցոյց տրուած է կողքի գծապատկերով: Շօշափուկի կորացումը անոր դատարկ խոռոչին մէջ գտնուող արմատը կը հրէ ծայրամասի հակառակ ուղղութեամբ: Արմատին փակած զգայակ բջիջի ծայրամասը (dandrite) կը դրդէ, որ բջիջը «կրակէ»: Տեղեկութիւնը կը փոխանցուի ջղային դրութեան, որ չի սահմանափակուիր գլխուն մէջ գտնուող ուղեղով (10):

Մազի կտրուածքը (cross section) մեծապէս կը տարբերի արմատէն մինչեւ ծայրամաս, քանի որ ցօղ մը կորացնելու անհրաժեշտ ուժգնութիւնը (moment = ուժ x լծակի թեւի երկարութիւն) կը համեմատի կտրուածքի քառակուսիին, ծայրամասը կորածնող ուժը կրնայ մինչեւ 100 հազար անգամ աւելի փոքր ըլլալ, քան` արմատին մօտ: Այդ կարելի կը դարձնէ, որ անասունը հեռաւորութիւնները գնահատէ շատ մեծ ճշգրտութեամբ:

Զգայակի արհեստական նմանակները կ՛օգտագործուին բժշկութեան ճարտարարուեստի շարք մը ճիւղերու մէջ (11,12):

(Շար. 1)

1. Հեռազգայութիւն, «Ազդակ», 13 հոկտ. 2023:
2. Կաթնասուններ ընդհանրապէս «երկգոյն» (dichromatic) տեսողութիւն ունին, մենք` եռագոյն (մօտաւորապէս` կարմիր, կանաչ եւ կապոյտ), գիշատիչ թռչուններ եւ կարգ մը այլ անասուններ առնուազն «քառագոյն»:
3. Վերջին 500 միլիոն տարուան ընթացքին տեղի ունեցած են 5 զանգուածային բնաջնջումներ: Յաջորդ բնաջնջումը արդէն իսկ քանի մը միլիոն տարի ուշացած է: Աւետիս` մեր բոլորին:
4. «Քառագոյն»` առաջին երկուքի պարագային, որովհետեւ լոյսը անբաւարար է, իսկ միջատներու պարագային, որովհետեւ փոքր աչքեր ատակ չեն մանրամասնութիւններ զանազանելու (resolution): Արհեստավարժ լուսանկարիչներ կը գործածեն թանկարժէք մեծ ոսպնեակներ:
   
5. Զգայակի բացուածքին տեղի ունեցած ելեկտրական դաշտի փոփոխութիւնը ընդունող բջիջներուն կը հասնի անցնելէ ետք շարք մը դիմադրիչ եւ խտացուցիչներէ: Այդ համազօր է, այսպէս կոչուած, «փոփոխականութէան զտիչ»-ի (AC filter): Կան զտիչի բազմաթիւ տարբերակներ, որոնցմէ ամենապարզերն են «ցածրանցը» (Low Pass- LP), որ կը փոխանցէ ցած յաճախականութեան փոփոխութիւնները, եւ բարձրանց (High Pass- HP)` բարձր յաճախականութեան:

6. Կապիկներ եւ կարգ մը մարդիկ ատակ են ականջի փոքր ետ ու առաջ շարժումներու, որոնք աւելի առնչուած են հոգեվիճակի, քան` ձայնի ընկալումին:
7. «Տեսաբանութիւն քաոսի թատերական… եւ ոչ միայն», «Ազդակ», 26 փետրուար 2024:
8. Ի տարբերութիւն ոչ ջրային անասուններու` ձուկեր միջին ականջ չունին, որովհետեւ ձայնի ալիքները կը մնան միեւնոյն հեղուկ միջավայրին (medium) մէջ:
9. Էգ մժեղներ կրնան իրենց զանգուածի կրկինէն աւելի քանակով արիւն ծծել, որպէսզի առատ հաւկիթ ածեն: Արուներ այլ օրակարգ ունին, արիւնարբու չեն:
10. Միջատներ ատակ են կարգ մը գործողութիւններ կատարելու, երբ գլխատուած են:
11. M. Seale et al Design principles of hair-like structures as biological machines Jour. Royal Soc. Interface. May 2018
12. Տես, օրինակ, http ղծփs://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9295048/