Kompas w wątrobie. Jak gołębie wracają do domu?
Naukowcy od dekad zastanawiali się, w jaki sposób gołąb pocztowy odnajduje drogę, gdy nie widzi słońca czy znajomych elementów krajobrazu. Na łamach Science ukazał się właśnie artykuł, w którym zespół naukowy z Niemiec, Danii i Australii – na jego czele stała Clivia Lisowski w Uniwersytetu w Bonn, Christian Kurts z Uniwersytetu w Melbourne oraz Martin Wikelski z Uniwersytetu w Konstancji – daje zaskakującą odpowiedź na to pytanie. Ich zdaniem kluczową rolę odgrywają komórki układu odpornościowego znajdujące się w wątrobie.
Naukowcy od dawna wiedzieli, że ptaki posługują się kilkoma systemami nawigacyjnymi: kompasem słonecznym, węchem, wzrokowymi punktami orientacyjnymi, a w warunkach ograniczonej widoczności polem magnetycznym Ziemi. Dotychczas proponowano trzy główne mechanizmy magnetorecepcji. Za pierwszy odpowiadały reakcje chemiczne z udziałem białek zwanych kryptochromami w oczach ptaków, za drugi cząsteczki magnetytu w dziobach, trzeci zaś działał dzięki wpływowi pola magnetycznego na kanały jonowe w błonach komórkowych. Żaden z tych mechanizmów nie dawał jednak wyczerpującego wyjaśnienia.
Teraz naukowcy poszli innym tropem. Już wcześniej wykazano, że makrofagi gromadzą żelazo uwolnione z hemoglobiny w postaci ferrytyny. W mysiej i ludzkiej śledzionie komórki te wykazują właściwości superparamagnetyczne, czyli reagują na zewnętrzne pole magnetyczne. Naukowcy zaczęli więc się zastanawiać, czy podobne komórki mogą istnieć u gołębi i pełnić rolę kompasu?
Badacze przystąpili do systematycznego przeszukiwania tkanek gołębia pod kątem właściwości magnetycznych. Przebadali wątrobę, śledzionę, mięśnie oraz dziób. Okazało się, że wątroba i śledziona wykazują wyraźny efekt superparamagnetyczny, podczas gdy pozostałe tkanki zachowywały się zupełnie inaczej. Barwienie histologiczne ujawniło w wątrobie liczne komórki bogate w żelazo trójwartościowe, nieobecne w mózgu, mięśniach, oku ani dziobie. Dalsze analizy potwierdziły, że komórki zawierające żelazo to makrofagi.
Kluczowym eksperymentem było wyłączenie tych komórek u żywych ptaków. Badacze zastosowali liposomy klodronianu – substancji powszechnie stosowanej do selektywnego eliminowania makrofagów. Trzydzieści cztery gołębie wcześniej wytrenowane do powrotu trasą długości 19 km zostały podzielone losowo: część otrzymała klodronian, pozostałe – obojętne liposomy kontrolne.
Wyniki były jednoznaczne. Wszystkie gołębie z grupy kontrolnej dotarły do domu w ciągu 70 minut. Żaden z ptaków pozbawionych makrofagów nie wrócił w tym samym dniu, gdy niebo było zachmurzone. Zamiast lecieć wyznaczonym kursem, krążyły bez celu. Co istotne, gdy chmury się rozstąpiły i słońce stało się widoczne, te same ptaki bez problemu odnalazły drogę do domu, co świadczy o tym, że ich ogólna kondycja i motywacja pozostały nienaruszone. Makrofagi są więc niezbędne wyłącznie do nawigacji magnetycznej – gdy dostępne są inne wskazówki, ich brak nie robi różnicy.
Skąd jednak wątroba miałaby przesyłać informacje nawigacyjne do mózgu? Badacze zaobserwowali, że makrofagi gołębia wątroby leżą w bezpośredniej bliskości (do 2 μm) 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 byłby następnie do pobliskich zakończeń nerwowych, a stąd do mózgu, gdzie integrowany jest z innymi informacjami zmysłowymi.
Odkrycie otwiera nowe perspektywy nie tylko w badaniach nawigacji zwierząt. 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.
Szerzej rzecz ujmując, 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.
Komentarze (0)