Как голубям удается пролетать сотни километров и все же находить дорогу домой? Ответ на этот вопрос может скрываться не в мозге или глазах птиц, а в их печени. Авторы нового исследования пришли к выводу, что иммунные клетки в печени голубей могут чувствовать магнитное поле Земли, обеспечивая птицам внутренний компас.
На протяжении десятилетий ученым известно, что перелетные птицы и почтовые голуби частично полагаются при навигации на связь с геомагнитным полем (магниторецепцию), особенно когда другие ориентиры недоступны, например, в пасмурную погоду или ночью. Магниторецепция помогает птицам ориентироваться на местности и выбирать правильное направление, однако механизмы, лежащие в основе этой способности, остаются одной из загадок биологии.
На этот счет существует несколько теорий. В частности, предполагается, что птицы могут «видеть» магнитные поля с помощью светочувствительных молекул в глазах или обнаруживать их с помощью крошечных магнитных частиц в клюве. Ни одна из этих теорий пока не получила убедительного экспериментального подтверждения.
Авторы нового исследования, опубликованного в журнале Science, предложили другой механизм магниторецепции у птиц. Команда, в которую вошли иммунологи из Боннского университета, физики из Университета Дуйсбург-Эссен, и орнитологи из Института поведения животных Общества Макса Планка (Германия), пришла к выводу, что роль сенсоров восприятия магнитного поля у голубей играют расположенные в печени иммунные клетки — макрофаги.
Ранее исследователи установили, что у мышей и людей макрофаги селезенки обладают магнитными свойствами. Это объясняется тем, что макрофаги расщепляют поврежденные или стареющие эритроциты. При этом процессе происходит высвобождение железа из гемоглобина. Железо накапливается внутри макрофагов в виде нанокапсул ферритина — белкового комплекса, который связывает железо в нетоксичной форме. Команда предположила, что нечто подобное может происходить и у птиц.
Чтобы проверить наличие магнитных свойств у тканей голубей, исследователи с помощью методов вибрационной магнитометрии и магнитной сепарации клеток протестировали различные органы — внутреннюю и внешнюю поверхность клюва, мышцы, мозг, глаза, а также селезенку и печень. Результаты тестов подтвердили гипотезу о магнитных свойствах макрофагов: из всех исследованных тканей максимальная концентрация железа оказалась в печени, а присутствующие в ней макрофаги проявили наибольшую чувствительность к магнитным полям.
Чтобы проверить, действительно ли макрофаги печени играют роль в навигации, орнитологи провели эксперименты с голубями, обученными возвращаться с расстояния более 20 километров обратно в свой вольер. Выяснилось, что в пасмурные дни, когда солнце было скрыто за облаками, голуби с удаленными печеночными макрофагами теряли чувство направления. Однако в солнечные дни они успешно добирались домой, по-видимому, ориентируясь по солнцу.
Результаты экспериментов доказали, что именно печень, точнее — присутствующие в ней иммунные клетки, помогает голубям чувствовать геомагнитное поле и держать направление в отсутствие других ориентиров. Авторы исследования также изучили, как сигналы из печени могут передаваться в мозг. Электронная микроскопия показала, что богатые железом макрофаги расположены в печени близко к нервным волокнам, которые, скорее всего, служат путями передачи информации.
Ученые отметили, что результаты исследования раскрыли ранее неизвестный механизм восприятия магнитного поля у животных. Кроме того, они предоставили первые конкретные доказательства того, что магнитное поле Земли может восприниматься телом и передаваться в мозг для управления движением.