Голуби и другие птицы могут это делать. Также умеют морские черепахи и лангусты, мотыльки и голые землекопы, серые киты и большие бурые летучие мыши.
Многие представители животного мира способны улавливать тонкие колебания магнитного поля Земли. Полагаясь на скрытый биологический компас, эти животные используют невидимые магнитные сигналы из глубоких недр Земли, чтобы ориентироваться на поверхности и совершать эпические миграции по небу и океану.
Но то, как именно эти животные воспринимают магнитное притяжение планеты, на протяжении десятилетий оставалось одной из величайших загадок биологии.
Теперь группа ученых из Германии заявляет, что наконец-то выяснила, где почтовые голуби хранят свой внутренний компас — и он находился не в их глазах, ушах или клювах. Удивительно, но их внутренний компас, по-видимому, встроен в иммунные клетки их печени, согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Science.
«Чувство магнетизма было загадкой на протяжении столетия, и никто не мог понять, где оно находится и как работает, — говорит Мартин Викельски, директор Института поведения животных Общества Макса Планка в Германии и исследователь National Geographic, который стал соавтором исследования. — Теперь мы считаем, что действительно нашли работоспособное решение».
Невидимое магнитное одеяло Земли
Глубоко под поверхностью нашей планеты бушует бурное море из жидкого железа и никеля. Движение расплавленного металла превращает Землю в гигантский магнит, поле которого простирается в космическое пространство, защищая все, что летает или плавает под ним, от опасного космического излучения.
Зоологи как минимум с XIX века подозревали, что птицы частично полагаются на магнетизм Земли для навигации. Эксперименты в 1960-х годах показали, что пойманные малиновки изменяли свои движения в ответ на искусственные магнитные поля.
Хотя с тех пор список животных, чувствительных к магнетизму, пополнился акулами, лососем и многими другими существами, механизм, стоящий за этим загадочным чувством, названным магниторецепцией, оставался неразгаданным.
В отличие от глаз или ушей, которые расположены близко к поверхности тела, чтобы улавливать свет и звук, орган, отвечающий за обнаружение магнитного притяжения планеты, теоретически может находиться где угодно, поскольку магнитное поле Земли «полностью пронизывает тело животного», — говорит Торстен Риц, биофизик из Калифорнийского университета в Ирвайне, не участвовавший в последнем исследовании. В течение многих лет ученые горячо обсуждали доказательства того, что птицы обнаруживают магнитное поле Земли с помощью соединений в глазах, частиц в клювах или жидкости во внутреннем ухе.
Поиски Викельски начались более десяти лет назад после случайной встречи с иммунологом Кристианом Куртсом во время кофе-брейка на конференции. Викельски изучал миграцию птиц, в то время как Куртс проводил исследования, связанные с иммунными клетками, называемыми макрофагами, которые становятся чувствительными к магнитам после поглощения старых эритроцитов и накопления железа. «У нас был момент эврики, — говорит Куртс. — Возможно, нам стоит проверить, участвуют ли эти клетки».
Поиск пути домой
Исследователи проверили глаза, клюв, мозг, селезенку и печень голубей, обнаружив большие концентрации нагруженных железом макрофагов в ткани печени. Иммунные клетки располагались вплотную к нервным волокнам.
«Это делает очень вероятным, что [нервные клетки и макрофаги] взаимодействуют», — говорит Кливия Лисовски, иммунолог из Боннского университета, которая руководила исследованием.
Чтобы выяснить, помогают ли макрофаги печени в навигации птиц, команда провела серию экспериментов на 34 голубях, обученных летать по 12-мильному маршруту через немецкую сельскую местность у подножия Альп, уклоняясь по пути от ястребов и соколов.
«Как только они обучены, они идеальны, — говорит Викельски. — Они уклоняются от всех. Они летят домой так, будто за ними сам дьявол».
Но когда макрофаги были выведены из строя, голуби не смогли долететь домой в пасмурную погоду. Когда облака рассеялись и снова выглянуло солнце, птицы с неработающими макрофагами благополучно долетели домой.
Результаты показывают, что птицы используют как визуальные, так и магнитные сигналы — то есть и солнце, сияющее вверху, и магнитное поле, пульсирующее внизу, — чтобы найти свой путь. Когда солнце скрыто, голуби, по-видимому, в значительной степени полагаются на свой внутренний компас для навигации.
Исследователи признают, что еще многое предстоит выяснить в отношении предложенного ими механизма магниторецепции. Что именно происходит внутри макрофагов, что настраивает их на магнитное поле планеты? Какие нервы передают сигнал в мозг птиц? И какие части мозга обрабатывают эту информацию?
«В цепочке аргументов есть много пробелов, и каждая мелочь, которую мы сможем разрешить в будущем, конечно, подтвердит обоснованность выводов», — говорит Куртс.
Они также хотят определить, используют ли другие животные свою иммунную систему как компас — или жизнь эволюционировала более чем одним способом расшифровки магнетизма Земли.
Риц, который не участвовал в исследовании и чьи собственные исследования показывают, что певчие птицы используют чувствительные к магнетизму молекулы в глазах, чтобы «видеть» невидимую в противном случае магнитную оболочку Земли, говорит, что предложенный механизм с макрофагами правдоподобен.
«Почти всегда есть несколько решений того, как животное может получить эволюционное преимущество, — говорит Риц. — Я за то, чтобы сохранять непредвзятость, а не пытаться найти победителей и проигравших. Так что пока я полностью в лагере «оба варианта могут быть верны».
Действительно, новое исследование добавляет аргументов в давно тлеющий спор о том, что отвечает за магниторецепцию. В сопроводительной статье-мнении в журнале Science исследователи Саймон Спиро и Хэл Дрейксмит отмечают, что новая работа не исключает возможности того, что другие органы, помимо печени, могут играть роль, особенно когда солнце не светит.
«Возможно, один процесс доминирует при навигации на дальние расстояния, тогда как другой используется для более конкретного поиска цели, причем оба работают с разной степенью точности, — пишут они. — В самом деле, было бы разумно иметь более одного способа добраться до дома в темноте».