Ερευνητές ανακάλυψαν πώς τα περιστέρια καταφέρνουν να πλοηγούνται

Σύνοψη

• Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο της Βόννης και το Ινστιτούτο Max Planck ανακάλυψαν ότι τα περιστέρια διαθέτουν μια εσωτερική πυξίδα βασισμένη σε κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος (μακροφάγα) στο ήπαρ τους.
• Εκατομμύρια λευκά αιμοσφαίρια που συσσωρεύουν σίδηρο εντοπίζονται δίπλα στο νευρικό δίκτυο του ήπατος, καταγράφοντας το μαγνητικό πεδίο της Γης.
• Πτηνά στα οποία απενεργοποιήθηκαν τα συγκεκριμένα κύτταρα με χρήση χλωδρονάτης, έχασαν τον προσανατολισμό τους σε πτήσεις 20 χιλιομέτρων όταν υπήρχε συννεφιά.
• Τα νέα ευρήματα διαψεύδουν προηγούμενες θεωρίες που ήθελαν τα κύτταρα στο ράμφος ή συγκεκριμένες πρωτεΐνες στα μάτια (κβαντικό φαινόμενο) να λειτουργούν ως ο κύριος μαγνητικός αισθητήρας.

Η επιστημονική κοινότητα προσπαθεί εδώ και δεκαετίες να αποκωδικοποιήσει τον ακριβή μηχανισμό μέσω του οποίου τα πτηνά —και ειδικότερα τα ταχυδρομικά περιστέρια— αντιλαμβάνονται το μαγνητικό πεδίο της Γης (μαγνητοδεκτικότητα). Η νέα μελέτη από το Πανεπιστημιακό Νοσοκομείο της Βόννης, καταρρίπτει εδραιωμένες θεωρίες και μετατοπίζει το επίκεντρο της έρευνας από το κεφάλι του πτηνού στα εσωτερικά του όργανα.

Ο ρόλος των μακροφάγων κυττάρων και του σιδήρου

Η βιολογική πυξίδα των περιστεριών δεν εντοπίζεται στα μάτια ή στο ράμφος, όπως πιστευόταν. Η Dr. Lisowski εξέτασε κύτταρα από διάφορα σημεία της ανατομίας των πτηνών. Ανακάλυψε ότι μόνο τα μακροφάγα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος —τα οποία εντοπίζονται στο ήπαρ— παρουσιάζουν μαγνητικές ιδιότητες. Σε πειράματα με χρήση μαγνητικών στηλών, μόνο τα συγκεκριμένα κύτταρα προσκολλήθηκαν στους μαγνήτες.

Στο εσωτερικό του ήπατος, υπάρχουν εκατομμύρια τέτοια λευκά αιμοσφαίρια, τα οποία είναι επιφορτισμένα με την επεξεργασία και την αποθήκευση σιδήρου από τα ερυθρά αιμοσφαίρια. Τα κύτταρα αυτά βρίσκονται στρατηγικά τοποθετημένα πολύ κοντά στο νευρικό δίκτυο του οργάνου. Η παρουσία του σιδήρου τους επιτρέπει να ευθυγραμμίζονται ή να αντιδρούν στις γραμμές του γεωμαγνητικού πεδίου. Η φυσική αυτή αντίδραση μεταφράζεται σε νευρικό σήμα, το οποίο ταξιδεύει στον εγκέφαλο του περιστεριού παρέχοντας συντεταγμένες κατεύθυνσης.

Η πειραματική διαδικασία στη νότια Γερμανία

Για να επαληθεύσουν πλήρως τον μηχανισμό, οι ερευνητές σχεδίασαν ένα αυστηρό πείραμα πλοήγησης στη νότια Γερμανία, καταγράφοντας δεδομένα πτήσης 20 χιλιομέτρων. Το κρίσιμο στοιχείο ήταν η τροποποίηση του καιρικού παράγοντα, καθώς τα περιστέρια βασίζονται πρωτίστως στον ήλιο για τον προσανατολισμό τους και χρησιμοποιούν το μαγνητικό πεδίο ως εφεδρικό σύστημα όταν επικρατεί συννεφιά.

Τα δεδομένα του πειράματος

• Ομάδα Ελέγχου: Τα περιστέρια που δεν έλαβαν αγωγή βρήκαν τον δρόμο για τον περιστεριώνα τους αλάνθαστα, τόσο σε ηλιόλουστες όσο και σε νεφελώδεις ημέρες.
• Πειραματική ομάδα: Η ερευνητική ομάδα χορήγησε χλωδρονάτη (clodronate) σε συγκεκριμένο αριθμό πτηνών. Η ουσία αυτή έχει την ιδιότητα να εξαντλεί προσωρινά τα μακροφάγα κύτταρα από τον οργανισμό.
• Τα αποτελέσματα: Τις ημέρες με ηλιοφάνεια, τα πτηνά χωρίς μακροφάγα κύτταρα πλοηγήθηκαν επιτυχώς, χρησιμοποιώντας το φως του ήλιου. Ωστόσο, κατά τις ημέρες με έντονη συννεφιά, τα ίδια πτηνά έχασαν εντελώς τον προσανατολισμό τους, αποδεικνύοντας ότι χωρίς τα εμπλουτισμένα με σίδηρο κύτταρα του ήπατος, το γεωμαγνητικό σύστημα πλοήγησης παύει να λειτουργεί.

Ανατρέποντας τη θεωρία του Κβαντικού Φαινομένου

Η σημασία της δημοσίευσης έγκειται στην οριστική διάψευση παλαιότερων υποθέσεων. Μέχρι σήμερα, μια κυρίαρχη επιστημονική άποψη υποστήριζε ότι η μαγνητοδεκτικότητα οφειλόταν σε εξειδικευμένες πρωτεΐνες στα μάτια των πτηνών (κρυπτοχρώματα), οι οποίες υφίσταντο χημικές αντιδράσεις υπό την επίδραση του μαγνητικού πεδίου — το αποκαλούμενο «κβαντικό φαινόμενο». Παρά την ελκυστικότητα της θεωρίας, κανείς ερευνητής δεν μπόρεσε να αποδείξει πρακτικά την ισχύ της στο φυσικό περιβάλλον. Επιπλέον, άλλα ζώα με ισχυρή ικανότητα μαγνητικής πλοήγησης, όπως οι καρχαρίες και οι νυχτερίδες, δεν διαθέτουν τις συγκεκριμένες πρωτεΐνες, γεγονός που καθιστούσε τη θεωρία ατελή.

Μια άλλη παλαιότερη υπόθεση εντόπιζε την πηγή της πλοήγησης σε συγκεντρώσεις σιδήρου στο ράμφος των περιστεριών. Η έρευνα της ομάδας του Πανεπιστημίου της Βόννης έλεγξε ενδελεχώς τα κύτταρα του ράμφους και των ματιών, αποδεικνύοντας ότι στερούνται ουσιαστικών μαγνητικών ιδιοτήτων για τη μετάδοση νευρικών σημάτων πλοήγησης, επικυρώνοντας τον αποκλειστικό ρόλο του ήπατος σε αυτή τη διαδικασία.

Με τη ματιά του Techgear

Η κατανόηση του βιολογικού αισθητήρα των περιστεριών δεν είναι απλώς ένα επίτευγμα της ορνιθολογίας, αλλά ένας οδικός χάρτης για την εφαρμοσμένη τεχνολογία και τη βιομιμητική (biomimetics).

Τα σημερινά συστήματα βασίζονται εξ ολοκλήρου στο δορυφορικό GPS, το οποίο είναι εξαιρετικά ευάλωτο σε παρεμβολές (jamming, spoofing) ή σε απώλεια σήματος λόγω κακών καιρικών συνθηκών και πυκνής δόμησης. Η αποκωδικοποίηση ενός βιολογικού συστήματος που χρησιμοποιεί νανοκλίμακας σωματίδια σιδήρου για να ανιχνεύσει μικρο-αλλαγές στο μαγνητικό πεδίο με μηδενική κατανάλωση ενέργειας, ανοίγει τον δρόμο για την κατασκευή νέας γενιάς μαγνητικών αισθητήρων στα ηλεκτρονικά εξαρτήματα. 

Οι εταιρείες κατασκευής ημιαγωγών αποκτούν πλέον ένα συγκεκριμένο βιολογικό μοντέλο προς μελέτη, με στόχο τη δημιουργία συστημάτων αδρανειακής πλοήγησης που θα λειτουργούν άψογα όταν τα δορυφορικά δίκτυα τίθενται εκτός λειτουργίας.