Разгадана вековая тайна: как почтовые голуби находят путь домой
Загадка того, как птицы ориентируются в пространстве во время полёта, десятилетиями оставалась одним из самых сложных вопросов в зоологии. Хотя ещё в 1960-х годах учёные предположили, что птицы используют магнитное поле Земли для навигации, точный механизм долгое время оставался неясным. Сегодня общепризнано, что перелётные виды применяют сложные системы внутренней магниторецепции и оптической биохимии, чтобы прокладывать себе путь в небе. Однако многие детали этого удивительного процесса до сих пор ждали своего объяснения.
Революционное открытие в Институте Макса Планка
Спустя годы исследований, учёные из Института поведения животных имени Макса Планка в Германии, возможно, совершили прорыв. Им удалось расшифровать, как почтовые голуби способны пролетать сотни километров и с невероятной точностью возвращаться домой. Оказалось, что эти птицы обладают удивительно сложной системой ориентации, в которой задействованы даже их иммунные клетки.
Впервые исследователи обнаружили, что голуби используют магнитное поле Земли благодаря иммунным клеткам, богатым железом, которые находятся исключительно в их печени.
Эти клетки, известные как макрофаги, в основном отвечают за расщепление старых красных кровяных телец. В процессе этого распада они насыщаются железом, превращаясь в своего рода «квантовые электростанции», которые взаимодействуют с магнитными полями, действуя как внутренний компас. Без этих клеток птицы полностью теряют ориентацию.
Неожиданный механизм магнитной чувствительности
«Мы совершенно не ожидали, что иммунные клетки могут выступать в роли сенсоров магнитных полей, — прокомментировал профессор Кристиан Куртс, директор Института молекулярной медицины и экспериментальной иммунологии при Университетской клинике Бонна, один из ведущих авторов исследования. — Наши результаты выявили ранее неизвестный механизм магнитного восприятия у животных».
«То, что в навигации птиц кажется “интуицией”, на самом деле может иметь под собой физическую основу», — добавил соавтор профессор Мартин Викельски, директор Института поведения животных имени Макса Планка.
Как было сделано открытие: от гипотез к фактам
Несмотря на то, что использование магнитного поля Земли перелётными птицами и другими животными, преодолевающими большие расстояния, было известно, точное понимание механизмов их «внутреннего компаса» оставалось загадкой. В своём исследовании учёные стремились выяснить, как именно голуби используют силу планеты для ориентации.
Предыдущие работы, включая исследования пионеров в области навигации птиц Вольфганга и Розвиты Вильчко, предполагали, что магниторецепторы, основанные на магнетите и расположенные в клювах птиц, также направляют голубей. Однако в новом исследовании учёные применили методы магнитометрии вибрационного образца (VSM) и магнитной клеточной сепарации — инструменты для скрининга органов и последующего выделения групп клеток, которые могли быть задействованы в процессе.
Исследователи, конечно, проанализировали глаза, клюв и мозг голубей — области, которые ранее связывались с навигацией птиц. Но полученные результаты направили их в совершенно ином направлении.
«У нас были основания полагать, что печень и селезёнка обладают магнитными свойствами, поскольку они участвуют в расщеплении красных кровяных телец и, следовательно, накапливают большое количество железа в организме», — пояснила доктор Кливия Лисовски из Боннского университета и университетской клиники Бонна, первый автор работы.
В ходе анализа было установлено, что печень содержит самую высокую концентрацию железа, что сделало её основным кандидатом на роль вместилища магниторецепторов. «Железо кристаллизуется в наночастицы оксида, делая клетки суперпарамагнитными и чувствительными к магнитным полям, — объяснил профессор Ульф Видвальд из Университета Дуйсбурга-Эссена. — Мы обнаружили самый сильный магнитный отклик именно в ткани печени».
Дальнейший анализ подтвердил, что именно макрофаги печени отвечают за работу внутренней навигационной системы голубей.
Экспериментальные доказательства и многоуровневая навигация
Орнитологическая команда проверила свои выводы на голубях, которых тренировали пролетать расстояние в 20 километров от исследовательской лаборатории и обратно. Когда у птиц удаляли макрофаги, голуби терялись, но только в пасмурные дни. В солнечные дни, когда облачность не мешала, голуби без макрофагов всё равно находили дорогу домой.
Это наблюдение указывает на то, что голуби обладают многогранной навигационной системой. Если внутренний «GPS» на основе магнитного поля отказывает, птицы могут использовать солнечные ориентиры, чтобы найти путь домой.
Дополнительные эксперименты с использованием электронной микроскопии показали, что эти специализированные, богатые железом макрофаги расположены в непосредственной близости от нервных волокон. Это позволяет предположить, что сигналы от клеток могут передаваться в мозг, помогая голубям сохранять курс в полёте.
«Эти результаты представляют собой первое конкретное доказательство того, как магнитное поле Земли может восприниматься внутри тела и передаваться в мозг для управления движением», — подчеркнула доктор Лисовски.
«Навигация животных — одно из самых увлекательных явлений в природе, — добавил профессор Викельски. — Если иммунные клетки являются частью того, как птицы определяют направление, это принципиально изменит наше понимание навигации».
Исследование было опубликовано в престижном научном журнале Science.
Источник: Институт поведения животных имени Макса Планка через EurekAlert!
