В печени голубей обнаружен «магнитный компас»

Механизм, позволяющий птицам ориентироваться по магнитному полю Земли, десятилетиями остается одной из самых интригующих загадок биологии. Ученые предлагали разные объяснения этого феномена: от особых светочувствительных белков-криптохромов в глазах и микроскопических кристаллов магнетита в клюве, передающих сигнал на тройничный нерв, до изменения состояния ионных каналов и динамики клеточных мембран под действием магнитного поля. Однако ни одна из гипотез не смогла полностью объяснить, как именно птицы находят правильное направление, особенно в плохую погоду, когда ориентация по солнцу и визуальным подсказкам недоступны. Группа немецких исследователей представила свой вариант решения этой загадки. Согласно их статье, опубликованной в журнале Science, ключевую роль в магнитной навигации почтовых голубей могут играть макрофаги, расположенные в печени.

Используя вибрационный магнитометр, авторы изучали ткани голубей в поисках структур, обладающих магнитными свойствами. Они обнаружили, что печень и в меньшей степени селезенка содержат клетки с выраженными суперпарамагнитными характеристиками. Это явление уже было описано ранее для макрофагов млекопитающих (мышей и лошадей) — оно связано с тем, что макрофаги поглощают старые эритроциты и запасают в цитоплазме полученное из них железо в форме белкового комплекса ферритина.

Дальнейший анализ с применением гистохимических и иммуногистохимических методов и РНК-секвенирования показал, что богатые трехвалентным железом клетки голубиной печени действительно являются макрофагами. Они располагаются в печеночных синусоидах, содержат на поверхности молекулы главного комплекса гистосовместимости II класса (MHC II) и экспрессируют гены, связанные с метаболизмом железа и утилизацией эритроцитов. С помощью электронной микроскопии исследователи также обнаружили, что эти клетки располагаются в непосредственной близости от нервных волокон. Это потенциально позволяет им передавать информацию с помощью паракринного сигнала или непосредственных межклеточных контактов.

Чтобы проверить, связаны ли магнитные свойства макрофагов с навигацией птиц, ученые временно удалили эти клетки из организма голубей. Для этого использовались липосомы с клодронатом, которые вызывают апоптоз макрофагов. Уже через сутки после введения препарата количество железосодержащих клеток в печени резко сократилось.

Для «полевой» части эксперимента ученые взяли 34 голубя, обученных возвращаться домой по маршруту длиной около 19 километров. Птиц разделили на две группы: одна получила клодронат, другая — контрольный препарат. Голубей выпускали в облачную погоду.

Все птицы из контрольной группы успешно вернулись домой менее чем за 70 минут. А вот среди голубей, лишенных печеночных макрофагов, ни один не смог вернуться в день выпуска – GPS-трекеры показывали, что они активно летали и преодолевали значительные расстояния, однако их маршруты были хаотичными и не вели к цели. К счастью, когда погода улучшилась, все голуби из экспериментальной группы также смогли вернуться домой. Осмотр показал, что на их здоровье эксперимент не повлиял.

Таким образом, авторы предложили новую модель магниторецепции, в которой ключевым звеном являются содержащие железо печеночные макрофаги. Реагируя на магнитное поле Земли, они передают сигнал на нервные окончания механически или с помощью паракринной секреции. В головном мозге сигнал, по-видимому, обрабатывается в паллиуме (гомологе коры больших полушарий у млекопитающих). Полученные результаты могут быть экстраполированы и на других животных, в том числе живущих в темноте — летучих мышей, слепышей и акул.

Нетопыри находят путь домой с помощью когнитивной карты местности