Когда в Первую мировую войну американский батальон оказался в окружении за линией фронта, почтовый голубь доставил координаты, которые помогли спасти солдат — там, где не мог пройти ни один человек-посыльный. Позже голуби переносили финансовые новости и котировки акций через 76-мильный разрыв в телеграфной сети Европы. Во времена Холодной войны ЦРУ крепило к голубям крошечные камеры для аэрофотосъемки.
Но как эти птицы ориентировались в своих перелетах? Ученые раскрыли новый механизм их поразительной точности, особенно в условиях облачности. Оказывается, они следуют своей интуиции — в буквальном смысле.
В ходе серии летных и лабораторных экспериментов исследователи обнаружили, что голуби могут использовать особые клетки в своей печени в качестве внутреннего компаса. Эти богатые железом клетки проявляли интригующие квантовые свойства, позволяющие голубям ощущать магнитное поле Земли для определения направления, согласно исследованию, опубликованному в четверг в журнале Science. Без этих клеток голуби терялись в определенных погодных условиях.
«Это большая загадка в этой области — как птицы используют магнитное поле для поиска направлений», — сказал Кристиан Куртс, старший соавтор и иммунолог из Университетской больницы Бонна в Германии. «Магнитные поля — никто бы никогда не предположил, что иммунные клетки тоже могут их ощущать. Это новая функция иммунной системы».
Голуби, как и многие птицы, используют несколько тактик для перемещения по местности, включая отслеживание положения солнца, запахи, ориентиры и, что наиболее загадочно, магнитное поле — на которое они особенно полагаются, когда другие подсказки недоступны. Одна из ведущих идей о том, как птицы чувствуют магнитные поля, предполагала, что их сетчатка содержит светочувствительные частицы, позволяющие им буквально «видеть» поле для определения направления. Но что делать, когда солнечного света нет?
«Сохранять направление — это очень важно для птиц, мигрирующих ночью, а также для голубей в плохих условиях», — сказал Мартин Викельски, старший соавтор и директор Института поведения животных Общества Макса Планка. Некоторые птицы также теряют ориентацию и чувство направления во время геомагнитных бурь, когда солнечные частицы искажают магнитное поле Земли.
Ученые искали новое объяснение, к которому можно было бы присоединиться. Во время кофе-брейка на конференции 10 лет назад Куртс встретил Викельски, эколога, который пытался разгадать эту загадку голубей. Куртс рассказал ему о недавнем прорыве в иммунологии, когда его команда смогла выделить магнитные клетки из селезенок грызунов. Они посмотрели друг на друга и пережили момент «Эврика, вот оно!», вспоминает Куртс, директор Института молекулярной медицины и экспериментальной иммунологии. Они придумали теорию для проверки: удалить магнитные клетки и посмотреть, потеряют ли птицы способность к навигации в облачных условиях.
Вернувшись в лабораторию, Куртс и его команда иммунологов проверили органы голубей на наличие магнитных клеток и обнаружили, что печень содержит самую высокую концентрацию железа. Иммунные клетки здесь разрушали старые и поврежденные красные кровяные тельца, накапливая железо из гемоглобина в течение короткого периода.
Хотя эти клетки не являются магнитными по своей природе, они могут проявлять магнито-подобные свойства на крошечном, квантовом уровне наночастиц при помещении в магнитное поле — тип магнетизма, известный как «суперпарамагнетизм».
«Когда голубь проходит через магнитное поле Земли, (электроны в иммунных клетках его печени) выстраиваются в одном направлении, делая их суперпарамагнитными», — сказала Кливия Лисовски, биолог из Боннского университета и соавтор исследования. Клетки могут передавать информацию в мозг через нервные связи, проходящие через печень. Это позволяет голубю ощущать магнитное поле, после чего он «решает лететь влево или вправо».
Чтобы проверить, взлетит ли эта идея, Викельски и его коллеги-экологи обучили 34 голубей ориентироваться по 12-мильному маршруту в южной Германии и запускали их в солнечных и полностью облачных условиях, но истощили содержащие железо иммунные клетки у некоторых птиц. Они ожидали увидеть самые большие изменения во время полетов в облачных условиях, когда птицам нужно было полагаться на магнитное поле Земли.
И, как птица, заметившая упавший бутерброд, они увидели именно то, на что надеялись. Все голуби с богатыми железом клетками успешно завершили маршрут за 70-90 минут как в солнечных, так и в облачных условиях. Однако голуби с истощенным запасом железа заблудились под облачным небом — улетая в противоположном направлении или пролетая мимо пункта назначения. Как только облака рассеялись и стало видно солнце, они вернулись домой.
«Если у вас нет компаса, вы теряете направление, ходите кругами», — сказал Викельски.
В последующих полетах команда обнаружила, что железо естественным образом накопилось в иммунных клетках измененных голубей, которые затем снова смогли правильно ориентироваться по магнитному полю.
Некоторые ученые, не связанные с этим исследованием, заявили CNN, что исследование предполагает новый возможный механизм магнитного восприятия. Но другие исследователи не до конца убеждены в этой новой идее.
Исследованию нужны более прямые доказательства того, что эти суперпарамагнитные материалы действительно ощущают магнитное поле, сказал Джозеф Киршвинк, геофизик из Калифорнийского технологического института.
Эти материалы встречаются и у других животных, например, у медоносных пчел, а также в мозге пациентов с болезнью Альцгеймера. Но Киршвинк сказал, что ученым не удалось показать, как эти частицы могут надежно обнаруживать поле. Он считает, что они могут иметь совершенно другую функцию и в конечном итоге оказаться «тупиком» в понимании того, как птицы чувствуют магнитное поле.
Тем не менее, следующие шаги команды включают выявление механизмов того, как иммунные клетки общаются с нервами для отправки сообщений в мозг. Команда также создала спутниковую систему для отслеживания голубей по всему миру и получения дополнительной информации об их навигационных навыках.
«Становится ясно, что иммунная система, то есть в основном все наше тело, которое полно иммунных клеток, ощущает окружающую среду», — сказал Викельски. «Это действительно трансформация в нашем понимании того, как работает тело в целом».
Чтобы получать больше новостей и информационных бюллетеней CNN, создайте учетную запись на CNN.com