Как голуби используют магнитные поля для ориентации в пространстве

Учёные давно знают, что перелётные птицы и почтовые голуби ориентируются в пространстве отчасти благодаря восприятию магнитных полей Земли, особенно ночью или в пасмурную погоду, когда визуальных ориентиров или солнечного света недостаточно. Однако вопрос о том, где именно в организме происходит это магнитное восприятие и каков механизм, лежащий в его основе, по-прежнему вызывает оживлённые споры. Новая статья, опубликованная в журнале Science, предполагает, что у почтовых голубей в печени есть иммунные клетки, богатые железом, которые помогают им обнаруживать магнитные поля и передавать эту информацию в мозг.

Существует три основные гипотезы о том, как птицы могут ощущать геомагнитное поле Земли. Одна из них — это механизм, подобный компасу, при котором Земля оказывает притяжение на магнитные частицы в верхней части клюва птицы, которые передают информацию о направлении через крупный нерв в черепной коробке. Вторая гипотеза заключается в том, что это происходит биологически через клеточные ионные каналы, чувствительные к электрическому напряжению, что позволяет птицам ощущать изменения в магнитном поле. Третья связана с квантовыми эффектами (механизмом радикальных пар), происходящими на пигменте сетчатки глаз птиц.

Ни одна из них полностью не объясняет, как животные могут ощущать магнитные поля. Однако «у нас были некоторые основания полагать, что печень и селезёнка обладают магнитными свойствами, поскольку они расщепляют эритроциты и, таким образом, накапливают в организме большое количество железа», — сказала соавтор исследования Кливия Лисовски из Боннского университета и Университетской клиники Бонна. Это относится к статье 2015 года, в которой предполагается, что макрофаги красной пульпы в селезёнках мышей и людей по своей природе являются суперпарамагнитными и, следовательно, более чувствительными к магнитным полям. Но не было ясно, участвуют ли эти свойства в каком-либо виде магниторецепции.

Для своего исследования почтовых голубей Лисовски и соавторы использовали вибрационную магнитометрию образцов и магнитное разделение клеток, чтобы исследовать образцы ткани печени и селезёнки, окрашенные прусской синью — веществом, чувствительным к ферритину, продукту распада эритроцитов, — а также глаза, клюв и мозг. Они обнаружили наибольшую концентрацию железа и наиболее сильную магнитную реакцию в ткани печени.

Чтобы дополнительно проверить свою гипотезу, Лисовски и др. обучили 34 голубя возвращаться по маршруту с запада на восток протяжённостью 19 километров. После обучения половине птиц ввели липосомы клодроната для уничтожения макрофагов в печени, а другая половина послужила контрольной группой. Это было сделано за день до того, как прогноз погоды обещал пасмурную погоду без солнца. На следующий день всех голубей выпустили.

Все голуби из контрольной группы успешно вернулись в вольер; те, которым вводили инъекции, потеряли чувство ориентации и вернулись домой только на следующий день, когда вышло солнце. Последующий эксперимент с голубями, получавшими клодронат, в солнечных условиях не повлиял на их способность возвращаться домой, поскольку они смогли использовать солнечные ориентиры. Это позволяет предположить, что голуби используют для навигации сочетание ориентации по солнцу и магнитного восприятия — причём последнее является ранее не предполагавшимся механизмом магнитного восприятия у животных.

Авторы полагают, что эти результаты могут также объяснить магниторецепцию у летучих мышей и слепых кротов, у которых отсутствуют функционирующие криптохромы или которые обитают в средах с минимальным освещением или в полной темноте. Они могут также относиться к некоторым видам акул, способных плавать по прямой на большие расстояния, — например, к акулам-молотам, которые, по-видимому, ориентируются с помощью подводных гор, в которых обнаружены геомагнитные аномалии. «Помимо магниторецепции, наши результаты вносят вклад в более широкую развивающуюся концепцию: макрофаги, обитающие в тканях, могут функционировать как периферические сенсорные клетки, обеспечивая прямую, биологически значимую обратную связь с мозгом», — заключили авторы.