Десятилетиями исследователи пытались понять, как именно перелетные птицы и почтовые голуби определяют направление движения. Существовали гипотезы, что птицы могут видеть магнитные поля глазами благодаря светочувствительным молекулам или улавливать их клювом с помощью микроскопических магнитных частиц.
У голубей есть биомагнит, и он помогает птицам ориентироваться в пространстве
Способность почтовых голубей возвращаться домой с огромных расстояний веками восхищала людей. Новое исследование предлагает неожиданный ответ: компас птиц скрыт не в мозге или глазах, а в печени. Ученые обнаружили, что особые клетки этого органа способны чувствовать магнитное поле Земли благодаря накоплению наночастиц железа. Это открытие кардинально меняет представления биологов о механизмах ориентации животных в пространстве.
Ученый из Института поведения животных имени Макса Планка выпускает почтового голубя. Ziegler / Max Planck Institute of Animal Behavior
Биологический феномен магниторецепции — способности воспринимать магнитное поле — встречается у многих обитателей планеты. Помимо птиц, дальние миграции совершают морские черепахи, киты и даже некоторые виды акул. Например, акулы способны ориентироваться в полной темноте на больших глубинах, где солнечный свет полностью отсутствует. Авторы исследования полагают, что обнаруженный у голубей механизм на основе богатых железом клеток может оказаться универсальным для фауны. Не исключено, что подобные скрытые сенсорные системы, связывающие иммунитет и нервные волокна, есть у других позвоночных, и, возможно, даже у человека.
Но ни одно предположение не имело убедительных экспериментальных доказательств. В новой работе международная группа иммунологов, физиков и орнитологов применила методы магнитометрии и клеточного разделения, чтобы изучить органы голубей. К удивлению авторов, самый сильный магнитный отклик показала ткань печени. Работа опубликована в журнале Science.
Ткань печени голубя с железосодержащими макрофагами (синего цвета).
Главную роль в этом процессе играют макрофаги — клетки иммунной системы. В печени они утилизируют старые эритроциты, из-за чего в них естественным образом накапливается много железа. Ученые выяснили, что этот элемент кристаллизуется в форме оксидных наночастиц, придавая клеткам сильные магнитные свойства и заставляя их активно реагировать на внешние поля.
На снимке, полученном с помощью электронного микроскопа, видна ткань печени голубя, на котором виден печеночный макрофаг (синий), соприкасающийся с нервным волокном (желтый), что позволяет им передавать «магнитную» информацию в мозг голубя.
Электронная микроскопия подтвердила, что эти богатые железом макрофаги расположены в непосредственной близости от нервных волокон. Это создает прямую цепочку передачи сигналов, по которой навигационная информация из печени может оперативно поступать в головной мозг птицы.
Проверка гипотезы и новые горизонты
Почтовые голуби без макрофагов успешно возвращались домой в солнечные дни (оранжевый цвет), но не в пасмурные дни (синий цвет).
Чтобы доказать связь иммунных клеток с навигацией, орнитологи провели эксперименты на тренированных голубях. Птиц выпускали на расстоянии более двадцати километров от дома. Когда исследователи временно удаляли макрофаги, голуби полностью теряли ориентацию в пространстве, но только в пасмурные дни. При ясном небе они успешно находили дорогу, переключаясь на визуальные ориентиры и положение солнца.
Это подтвердило, что магнитный компас в печени служит важнейшей подстраховкой при отсутствии солнечного света. Теперь ученые планируют выяснить, как именно мозг обрабатывает эти сигналы и обладают ли подобным механизмом другие животные.