Сканирование мозга голубей показало, что их навигационные способности обеспечиваются вестибулярной системой внутреннего уха, а не зрением или клетками в клюве, как считалось ранее. Ученые зафиксировали активность нейронов в ответ на магнитное поле и описали механизм, работающий по принципу электромагнитной индукции.
Птицы имеют «шестое чувство» — магниторецепцию. Они используют магнитное поле Земли для навигации во время миграций на тысячи километров. Как именно устроен этот птичий компас, никто не знал, но есть три основные гипотезы.
Согласно первой, кристаллы магнетита, расположенные в клетках, поворачиваются по магнитному полю как стрелка компаса и давят на нервные окончания. Вторая гипотеза предполагает, что в глазах птиц есть специальные белки, которые под действием света и магнитного поля меняют химические свойства, позволяя птице буквально «видеть» магнитные линии.
Третья гипотеза основана на электромагнитной индукции: внутреннее ухо работает как генератор. Жидкость в полукружных каналах проводит электричество, и при движении в магнитном поле в ней возникает ток.
Исследования магниторецепции обычно проводили, изучая срезы тканей в поисках сенсоров, чувствительных к магнитному полю. Этот подход похож на поиск иголки в стоге сена, потому что магнитное поле пронизывает всю органику и сенсор может оказаться где угодно.
Авторы исследования, опубликованного в журнале Science, попробовали искать «сверху вниз», то есть от мозга к предполагаемым сенсорам. Они исследовали ткани мозга, помещая птиц во вращающееся магнитное поле. Для этого использовали белок C-FOS как маркер работающих нейронов.
Мозг голубей делали прозрачным с помощью химической обработки и сканировали лазером, создавая полную 3D-карту активности. Птиц подвергали воздействию вращающегося магнитного поля в темноте и на свету, сравнивая реакцию их мозга с контрольной группой.
Магнитная стимуляция активировала только одну область мозга — медиальные вестибулярные ядра, которые получают сигналы от внутреннего уха. Зрительные центры и зоны, связанные с тройничным нервом (клюв), оставались неактивными. Это исключает гипотезы о магнитном зрении или магнетите в клюве.
Затем исследователи изучили само внутреннее ухо (ампулы полукружных каналов) на молекулярном уровне с помощью секвенирования РНК отдельных клеток. Они обнаружили, что определенный тип волосковых клеток (тип II) содержит набор белков ионных каналов, который делает их чувствительными к слабым изменениям электрического потенциала.
Эти каналы (CaV1.3 и BK) очень похожи на те, что используют акулы и скаты для электрорецепции. Значит, волосковые клетки типа II могут работать как электрорецепторы. Когда голубь летит и поворачивает голову, жидкость в каналах внутреннего уха движется, пересекая магнитные линии Земли. Это создает индукцию и слабый ток, который и улавливают клетки.
Открытие доказывает, что магнитное чувство птиц интегрировано в систему равновесия. Это объясняет, почему почтовые голуби часто кружат перед выбором курса: движения головой необходимы для генерации сигнала в их биологическом компасе.