Поштові голуби зі штучно зруйнованими печінковими макрофагами — клітинами імунної системи, не змогли знайти дорогу додому в умовах суцільної хмарності. Однак, ці ж птахи легко орієнтувалися на місцевості у сонячну погоду. Печінкові макрофаги накопичують залізо, а їхні скупчення розташовуються поблизу нервових закінчень, які передають сигнали від внутрішніх органів до мозку — у сукупності це може вказувати на їхню ключову роль в орієнтуванні птахів за магнітним полем Землі. Дослідження опублікували в журналі Science.
Як пояснюють магнітне чуття тварин?
Дослідники десятиліттями намагаються зрозуміти, як тварини, зокрема, птахи, відчувають магнітне поле. За одним із запропонованих механізмів, магнітне чуття пов’язане з криптохромами — світлочутливими білками в оці, які теоретично можуть реагувати на напрямок магнітного поля. Однак, це припущення складно перевірити, а також воно не пояснює, як птахи орієнтуються в умовах суцільної темряви.
За іншою версією, частинки залізовмісної сполуки магнетиту, що містяться у верхній частині дзьоба птахів, можуть розташовуватися за напрямком полів магнітного поля, а зміна їхнього положення генерує сигнал, що передається у мозок через трійчастий нерв. Водночас цю теорію не перевіряли на живих тваринах, а також лишається незрозумілим, як саме сигнали від часточок магнетиту передаються до трійчастого нерва. Експериментально дослідити механізм навігації птахів взялася група вчених з Німеччини, Данії та Австралії.
Як досліджували механізм навігації голубів?
Вивчення навігації птахів автори почали із пошуку магнітних тканин у голубів. Для цього вони дослідили магнітні властивості печінки, селезінки, м’язів, внутрішньої та зовнішньої частин дзьоба. Найсильніше на магнітне поле реагували печінка та селезінка. Додатковий аналіз показав, що ці властивості були зумовлені присутністю там макрофагів — клітин імунної системи, які поглинають пошкоджені або старі еритроцити та накопичують залізо, що містилося у гемоглобіні. Також виявилося, що великі групи макрофагів розташовуються усього за кілька мікрометрів до нервових волокон, що посилають сигнали від внутрішніх органів до мозку. Науковці вважають, що завдяки такій близькості імунні клітини, теоретично, могли би передавати сигнали до мозку, але як саме це відбувається — поки що не зрозуміло.
На основному етапі дослідження вчені провели експеримент за участю 34 живих голубів. Спочатку їх усіх навчили повертатися додому з певної точки на відстані 19 кілометрів. За день до того, як за прогнозом погоди очікувалася суцільна хмарність, 18 птахам експериментальної групи ввели клодронат — сполуку, що руйнує печінкові макрофаги, а 16 птахів контрольної групи отримали речовини, які ніяк не впливали на функції печінкових макрофагів. Наступного дня птахів випускали з точки, звідки вони були навчені повертатися додому, і стежили за ними за допомогою GPS-трекерів. Усі голуби з контрольної групи повернулися додому менш ніж за 70 хвилин. Натомість жоден із птахів, у яких були зруйновані печінкові макрофаги, не дістався дому, а їхні траєкторії польоту були хаотичними та не спрямованими до голубника. Утім, вони усе ж знайшли дорогу, коли хмари розійшлися. Це дозволило зробити висновок, що клодронат не впливав на здатність голубів до польоту, мотивацію чи здатність пам’ятати маршрут. Найімовірніше, його вплив призводив саме до руйнування магнітної навігаційної системи, потрібної тоді, коли сонячний компас і візуальні орієнтири недоступні.
Автори припустили, що залізо у скупченнях макрофагів зумовлює колективну реакцію на напрямок магнітного поля. Хоча сигнали від індивідуальних клітин занадто слабкі, їх підсумовування у межах групи може певним чином активувати сусідні нервові закінчення та передавати сигнали у мозок.
Чи вдалося науковцям остаточно розібратися у роботі магнітної навігації птахів?
Хоча ці результати показали, що для орієнтування за магнітним полем дійсно необхідні макрофаги печінки, усе ж незрозуміло, як саме сигнал іде від імунних клітин до нервів і які ділянки мозку його обробляють. Утім, це дослідження пропонує ще одну модель магнітного чуття птахів і водночас показує незвичну роль імунних клітин — вони можуть не лише прибирати загиблі клітини та захищати організм від чужорідних агентів, але і працювати як частина сенсорної системи, що допомагає тваринам знаходити дорогу додому.
Що відомо про навігацію тварин
🐢 Черепахи виявилися здатними розпізнавати стани магнітного поля та визначати, які з них ведуть до їжі.
🌊 Пірнання на глибину понад 1,2 кілометра допомогло скатам-мантам визначати напрямок в океані.
🦋 Молі не реагують на магнітне поле, однак, можуть орієнтуватися за розташуванням зірок на небі.
🦇 Кажани змогли наосліп, без нюху та магнітного чуття, дістатися свого гнізда, покладаючись лише на ехолокацію.
🤔 А кращі навички чоловіків в орієнтуванні назвали результатом культурних особливостей, а не проявом еволюційного пристосування, адже в інших видів таких відмінностей практично не спостерігають.