Kompas w wątrobie. Jak gołębie wracają do domu bez słońca?

Gołąb pocztowy wypuszczony setki kilometrów od domu – i wraca. Potrafi to robić nawet wtedy, gdy niebo zasnuwają chmury, a znajome punkty orientacyjne znikają z pola widzenia. Naukowcy od dekad głowili się, jaki mechanizm pozwala ptakom na tę nawigacyjną sztuczkę. Najnowsze badanie, opublikowane na łamach Science, przynosi zaskakującą odpowiedź: klucz tkwi w wątrobie, a konkretnie w komórkach układu odpornościowego.

Żelazny zapas w makrofagach

→ Czytaj też: 60 lat tajemnicy kolagenu wreszcie rozwiązana. Co to oznacza dla twojego zdrowia?

Zespół pod kierownictwem Clivii Lisowski z Uniwersytetu w Bonn, Christiana Kurtza z Uniwersytetu w Melbourne oraz Martina Wikelskiego z Uniwersytetu w Konstancji postanowił sprawdzić, czy ptaki mogą wykorzystywać do nawigacji własne komórki odpornościowe. Wcześniejsze prace wykazały, że makrofagi – komórki żerne układu immunologicznego – gromadzą żelazo uwalniane z hemoglobiny w postaci ferrytyny. W mysiej i ludzkiej śledzionie komórki te wykazują właściwości superparamagnetyczne, czyli reagują na zewnętrzne pole magnetyczne. Czy podobny mechanizm działa u gołębi?

Badacze systematycznie przeszukiwali tkanki gołębia pod kątem właściwości magnetycznych. Sprawdzili wątrobę, śledzionę, mięśnie oraz dziób. Wynik był jednoznaczny: wątroba i śledziona wykazywały wyraźny efekt superparamagnetyczny, podczas gdy pozostałe tkanki zachowywały się zupełnie inaczej. Barwienie histologiczne ujawniło w wątrobie liczne komórki bogate w żelazo trójwartościowe – nie znaleziono ich w mózgu, mięśniach, oku ani dziobie. Dalsze analizy potwierdziły, że te żelazne magazyny to właśnie makrofagi.

Eksperyment, który rozwiał wątpliwości

→ Czytaj też: W najbardziej radioaktywnym budynku świata żyje czarny grzyb. I zdaje się, że karmi go promieniowanie

Najważniejszy test polegał na wyłączeniu tych komórek u żywych ptaków. Naukowcy zastosowali liposomy klodronianu – substancji selektywnie eliminującej makrofagi. Trzydzieści cztery gołębie, wcześniej wytrenowane do powrotu trasą długości 19 kilometrów, podzielono losowo: część otrzymała klodronian, pozostałe – obojętne liposomy kontrolne.

Wyniki były druzgocące. Wszystkie gołębie z grupy kontrolnej dotarły do domu w ciągu 70 minut. Żaden z ptaków pozbawionych makrofagów nie wrócił tego samego dnia, gdy niebo pozostawało zachmurzone. Zamiast lecieć wyznaczonym kursem, krążyły bez celu. Gdy jednak chmury się rozstąpiły i słońce stało się widoczne, te same ptaki bez problemu odnalazły drogę do domu. Dowodzi to, że ich ogólna kondycja i motywacja pozostały nienaruszone – makrofagi są niezbędne wyłącznie do nawigacji magnetycznej.

Sygnał z wątroby do mózgu

Jak jednak informacja o polu magnetycznym przesyłana jest z wątroby do mózgu? Badacze zaobserwowali, że makrofagi gołębiej wątroby leżą w bezpośredniej bliskości (do 2 mikrometrów) włókien nerwowych przebiegających wzdłuż zatok wątrobowych. Układ autonomiczny – nerw błędny lub nerwy współczulne – tworzy szybkie, dwukierunkowe połączenie między narządami obwodowymi a mózgiem i mógłby doskonale pełnić rolę przewodnika sygnału magnetycznego.

Uczeni uważają, że ferrytyna zgromadzona w makrofagach wykazuje zbiorowe zachowanie magnetyczne: elektrony niesparowane w sąsiadujących cząsteczkach ferrytyny oddziałują ze sobą, co zwiększa łączną podatność magnetyczną komórek i umożliwia ich kolektywne ustawienie wzdłuż linii ziemskiego pola magnetycznego. Sygnał przekazywany jest następnie do pobliskich zakończeń nerwowych, a stąd do mózgu, gdzie integrowany jest z innymi informacjami zmysłowymi.

Nowy paradygmat w biologii

Odkrycie otwiera zupełnie nowe perspektywy. Mechanizm oparty na makrofagach mógłby wyjaśniać zdolności magnetorecepcyjne u gatunków pozbawionych funkcjonalnych kryptochromów lub żyjących w całkowitej ciemności – takich jak nietoperze czy ślepe kretoszczury. Może też rzucić nowe światło na to, jak rekiny i inne chrzęstnoszkieletowe pokonują tysiące kilometrów otwartego oceanu, orientując się według anomalii geomagnetycznych.

Jak zaznacza zespół w artykule w Science, wyniki te wpisują się w rosnącą świadomość, że makrofagi – długo postrzegane wyłącznie jako czyściciele układu odpornościowego – mogą pełnić rolę obwodowych komórek czuciowych, dostarczając mózgowi biologicznie istotnych informacji o otoczeniu. To zmiana paradygmatu, która może mieć daleko idące konsekwencje dla neurobiologii i immunologii. Gołębi kompas w wątrobie to dopiero początek.