5 Minutės
Balandis pakyla nuo stogo ir ramiai brėžia lanką link miesto silueto, nesibaimindamas debesų, uždengiančių Saulę. Kaip paukštis be žemėlapio ir be GPS randa kelią per dešimtis ar šimtus kilometrų? Mokslininkai gali būti pagaliau priartėję prie atsakymo, kuris verčia permąstyti prielaidas apie gyvūnų navigaciją.
Pašto balandžiai pernešdavo žmonių žinutes tūkstantmečius. Jie pasirodo egiptiečių mene dar 1350 m. pr. Kr., ir iki telegramos atsiradimo buvo vieni patikimiausių ilgo nuotolio kurjerių, pristatydami viską nuo verslo sutarčių iki karo lauko ataskaitų. Jų sugebėjimas sugrįžti į savo avilį yra legendinis, tačiau vidiniai mechanizmai, leidžiantys jiems taip tiksliai orientuotis, išliko mįslingi.
Šveicarijos kariuomenės kariai siunčia žinutę pašto balandžiu Pirmojo pasaulinio karo metu.
Netikėtas organas užima pagrindinį vaidmenį
Bono universiteto ir Maks Planko Gyvūnų elgesio instituto mokslininkai praneša apie įrodymus, kad balandžių sugrįžimo gebėjimas gali priklausyti nuo magnetiškai jautrios sistemos, paslėptos kepenyse. Ši sistema remiasi geležimi turinčiomis imuninėmis ląstelėmis, vadinamomis makrofagais. Komanda teigia, kad šios ląstelės elgiasi lyg mikroskopiniai kompaso adatai.
„Tai, kas paukščių navigacijoje atrodo kaip 'intuicija', iš tiesų gali turėti fizinį pagrindą,“ sako Martin Wikelski, Maks Planko Gyvūnų elgesio instituto (MPI-AB) direktorius ir vienas pagrindinių straipsnio autorių. Imunologė Clivia Lisowski priduria, kad kepenys ir blužnis kaupia geležį, nes jos apdoroja ir skaido raudonuosius kraujo kūnelius, todėl tai yra logiškos vietos ieškoti magnetinių savybių.
Idėja apie kepenis yra priešintinga. Dešimtmečius magnetorecepcijos tyrimai buvo susitelkę ties jutikliais snapyje, vidinėje ausyje arba specializuotose akių fotoreceptorinėse ląstelėse. Mintis, kad kepenų imuninės ląstelės galėtų perduoti magnetinę informaciją į smegenis, pakeičia žaidimo taisykles.
Mikroskopinės jungtys ir kvantinis elgesys
Elektroninio mikroskopo pagalba komanda rado kepenų makrofagus, esančius glaudžiame kontakte su nervinėmis skaidulomis. Šie fiziniai ryšiai suteikia tikėtiną kelią, kuriuo magnetinė informacija gali keliauti iš kepenų audinio į centrinę nervų sistemą. Dar įspūdingesnis yra šių ląstelių magnetinis elgesys. Makrofagai turi geležies daleles, kurios demonstruoja superparamagnetizmą, kvantinę savybę, kai smulkūs magnetiniai domenai susilygina su išoriniu lauku, bet neįgyja nuolatinės magnetizacijos, kai laukas pašalinamas.
Elektroninės mikroskopijos vaizdas, kuriame matyti balandžio kepenų audinys: kepenų makrofagas (mėlyna) liečiasi su nervine skaidula (geltona), leidžiančia perduoti „magnetinę“ informaciją į balandžio smegenis.
Superparamagnetizmas nėra dažnai vartojamas terminas. Praktiniu požiūriu tai reiškia, kad šios geležingos struktūros gali reaguoti į Žemės magnetinį lauką panašiai kaip kompaso adatos, nė neįmagnetizuodamos nuolat ir neprireikdamos didelio kiekio feromagnetinės medžiagos. Todėl jos puikiai tinka biologinėms sistemoms, kurioms reikalingas jautrumas ir grįžtamumas.
Kompaso išbandymas danguje
Laboratoriniai stebėjimai turi ribas. Mokslininkai suprojektavo lauko eksperimentą, kad patikrintų, ar kepenų makrofagų sutrikdymas sutrikdytų sugrįžimą. Jie paleido 34 sugrįžimo balandžius 19 kilometrų atstumu nuo jų namų avilio, priklausančio Maks Planko Gyvūnų elgesio institutui (MPI-AB). Aštuoniolikai paukščių dieną prieš paleidimą buvo suleista klodronato dozė. Klodronatas mažina makrofagų kiekį, efektyviai nutraukdamas siūlomą magnetinį jutiklį nuo jo nervinio pajungimo.
Neapdoroti balandžiai sugrįžo maždaug per 70 minučių. Klodronatu gydyti paukščiai nesugrįžo. Esant ilgai uždengtam dangui nė vienas iš gydytų paukščių tą pačią dieną nepasiekė namų, o jų skrydžio trajektorijos rodė atsitiktinę orientaciją. Svarbu tai, kad kai dangus išsigrynino, gydyti paukščiai atgavo įprastą sugrįžimo gebėjimą. Aiškią dieną klodronatu gydyti balandžiai orientavosi taip pat gerai kaip ir negydyti, tai rodo, kad kepenyse esanti sistema ypač svarbi, kai saulės ženklų nėra.
Eksperimentas yra elegantiškas savo paprastumu. Pašalinti tariamąjį jutiklį, paslėpti Saulę ir stebėti, ar navigacija žlugs. Komandos stebimas modelis palaiko idėją, kad balandžiai naudoja kelis signalus: vizualius orientyrus ir dangiškus ženklus, kai jie prieinami, o vidinį magnetinį skaitymą, kai jų nėra.
Platesnės pasekmės ir atviri klausimai
Jei imuninės ląstelės gali veikti kaip magnetiniai jutikliai balandžiuose, ar panašūs mechanizmai gali egzistuoti kitose rūšyse? Straipsnis nurodo ilgą gyvūnų sąrašą, kurie naviguoja be akivaizdžių vaizdinių žemėlapių: migruojantys paukščiai naktinėse kelionės dalyse, ryklių rūšys, kertančios be orientacinių požymių vandenynus, šikšnosparniai ir kurmiai, orientuojantis tamsoje. Kiekvienas iš jų galėtų pasinaudoti kompaktiška, mažai energijos reikalaujančia ir atsparia magnetoreceptine sistema.
Kelios mįslės lieka. Kaip makrofagų signalai integruojasi su kitokia sensorine informacija paukščių smegenyse? Kokie vystymosi ir genetiniai mechanizmai sukuria šias geležimi praturtintas struktūras? Ir kiek universali yra ši sistema tarp skirtingų paukščių rūšių ar tarp stuburinių apskritai?
Ekspertų įžvalga
„Straipsnis verčia mus išplėsti požiūrį, kur gyvūne gali vykti jutimas,“ sako dr. Jessica Ramirez, neuroekologė iš Lyginamosios pažinimo instituto. „Linkstame ieškoti jutiklių tradiciniuose jutimo organuose. Magnetinio elemento radimas imuninėje sistemoje rodo, kad gamta naudoja kiekvieną prieinamą audinį spręsdama sudėtingas problemas, tokias kaip navigacija.“
Išvada
Šis atradimas neužbaigia magnetorecepcijos temos. Jis atveria naują skyrių, jungiantį imunologiją, neurobiologiją ir kvantinę fiziką gyvame organizme. Mintis, kad kepenų makrofagai su superparamagnetinėmis geležies dalelėmis gali perduoti krypčiai svarbią informaciją į smegenis, keičia mokslininkų požiūrį į gyvūnų navigaciją. Būsimuose tyrimuose reikės žemėlapiuoti nervų grandinę, nustatyti molekulinius žymenis, nurodančius magnetines ląsteles, ir patikrinti, ar panašios sistemos randamos kituose žemės, jūros ir oro keliautojuose. Kol kas pašto balandis tebelaiko savo paslaptis, tačiau viena iš jų perkeliama iš folkloro į laboratoriją.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą