Богатые железом иммунные клетки помогают голубям ориентироваться в пространстве

Фото из открытых источников

Из всех бесчисленных органов чувств животных самым загадочным и спорным является восприятие магнетизма. Каким-то образом перелетные певчие птицы, морские черепахи и другие существа обнаруживают магнитное поле Земли и используют его направленность для ориентации. Теперь в статье, опубликованной в журнале Science, описан удивительный механизм: богатые железом иммунные клетки в печени почтовых голубей, по-видимому, обеспечивают птицам их магнитный компас.

«Эта концепция… просто поразительна», — говорит Кэтрин Ломанн, специалист по сенсорной экологии из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилле, которая не принимала участия в исследовании. «Это действительно новое направление и очень свежий взгляд на спорный вопрос, который давно обсуждается в научной литературе».

Многие животные обладают магнитным чувством направления, включая птиц, черепах, акул и собак. Некоторые исследователи даже считают, что у людей может быть рудиментарное магнитное чувство. Точный механизм работы этого чувства является предметом жарких дискуссий. Ранняя гипотеза заключалась в том, что мельчайшие кристаллы магнетита, внедренные в ткани животных, каким-то образом действуют как стрелки компаса. Более поздняя идея состоит в том, что белки сетчатки, называемые криптохромами, реагируют на магнитные поля; это позволило бы мигрирующим певчим птицам лететь в правильном направлении даже в тусклом свете сумерек. В прошлом году исследователи, изучавшие почтовых голубей, обнаружили еще один механизм. Лабораторные эксперименты показали, что изменяющиеся магнитные поля индуцируют электрические токи во внутреннем ухе, стимулируя нервы, ведущие к мозгу.

Новое исследование, посвященное голубям, началось со случайной встречи. Во время научной конференции орнитолог Мартин Викельски, изучающий мигрирующие виды в Институте поведения животных им. Макса Планка, завязал разговор с иммунологом Кристианом Куртсом из Боннского университета. После того, как Викельски описал роль магнетизма в навигации животных, Куртс упомянул, что обнаружил, что иммунные клетки, называемые макрофагами, выделенные из селезенки мышей и людей, содержат крошечные магнитные частицы железа, которые образуются, когда макрофаги расщепляют старые эритроциты и захватывают их атомы железа. Могут ли подобные иммунные клетки играть роль в навигации почтовых голубей?

У Курца появилась идея, как проверить гипотезу, поэтому он пригласил Кливию Лисовски, научного сотрудника из Бонна, которая давно интересовалась тем, как клетки воспринимают окружающую среду, возглавить исследование. «Меня это зацепило», — вспоминает она.

Сначала Лисовски проверила, обнаруживают ли различные ткани голубей те же крошечные магнитные частицы, что и иммунные клетки мышей. Она и ее коллеги ожидали найти очаг активности в селезенке, которая у млекопитающих является основным местом, где макрофаги перерабатывают эритроциты. Вместо этого чувствительный магнитометр показал, что самый сильный сигнал из всех исследованных тканей был обнаружен в печени. Сигнал был относительно слабым, но все же более чем в 20 раз превышал уровень фонового шума прибора.

Тщательное окрашивание тонких срезов ткани почтового голубя подтвердило, что форма железа, называемая ферритином, в большом количестве присутствует в макрофагах печени, но в небольшом количестве содержится в селезенке и отсутствует в клюве или мозге. Более детальное исследование с помощью электронного микроскопа также показало, что многие макрофаги печени голубей расположены непосредственно рядом с нейронами. У млекопитающих нейроны в селезенке могут взаимодействовать с макрофагами, и как у млекопитающих, так и у птиц эти нейроны также связаны с центральной нервной системой.

Далее исследователи проверили, действуют ли эти богатые железом макрофаги как магнитные компасы для голубей, с помощью простого и изящного эксперимента: они вывели макрофаги из строя с помощью препарата под названием липосомы клодроната. Команда обучила 34 почтовых голубя, породу, выведенную за их умение ориентироваться, пролетать 19-километровый маршрут строго на восток. Днем голуби ориентируются по положению Солнца. Но когда облачно и полностью затянуто облаками, они полагаются на свое магнитное чувство. Вблизи озера Констанц команда ввела 18 птицам клодронат, а через 24 часа выпустила их по одной, когда плотные облака полностью закрыли Солнце. Птицы были оснащены GPS-передатчиками, чтобы команда могла отслеживать их в режиме реального времени.

Все 18 птиц безнадежно заблудились и вернулись домой только после того, как небо прояснилось. В отличие от них, 16 птиц, выпущенных после фиктивных инъекций, сразу же полетели домой. «Для меня это стало первым признаком того, что происходит что-то действительно интересное», — говорит Викельски. Чтобы исключить возможность того, что препарат дезориентировал птиц или вызвал другие побочные эффекты, из-за которых они заблудились, исследователи выпускали птиц под действием препарата в солнечные дни. Они благополучно долетели домой.

«Это чрезвычайно интересное открытие», — говорит Вернер Бингман, нейроэтолог из Университета штата Боулинг-Грин. Тем не менее, он рассматривает это исследование как «подтверждение концепции», которое следует изучить более подробно. Вместо того чтобы отключать макрофаги, Бингман хотел бы увидеть эксперимент, в котором будет манипулироваться магнитной информацией из печени. Подобные вмешательства проводились во время экспериментов в 1970-х годах, когда исследователи оснащали почтовых голубей металлическими катушками, которые изменяли магнитные поля вокруг их голов, заставляя их лететь в противоположном направлении.

Сюзанна Окессон, специалист по экологии животных из Лундского университета, говорит, что остается несколько вопросов о потенциальной роли печени в навигации, например, как макрофаги могут передавать магнитную информацию соседним нейронам. Одна из идей заключается в том, что по мере того, как птица меняет свое положение относительно линий магнитного поля Земли, ферритин меняет ориентацию и воздействует на сеть волокон внутри макрофага, возможно, вызывая высвобождение сигнальных молекул.

Если механизм действия ферритина подтвердится, говорит Викельски, то он «может быть очень универсальным — от пчел до летучих мышей, китов и акул». Но Ломанн сохраняет осторожность. В отличие от почтового голубя, летящего домой, изучение магнитного чувства животных редко шло по прямому и узкому пути. «Думаю, время покажет, верно это или нет, — говорит Ломанн, — но это интригует».