Πώς βρίσκουν τα περιστέρια το δρόμο τους για το σπίτι;
Κοιτάξαμε στα αυτιά τους με ένα διαμαντένιο κβαντικό μικροσκόπιο για να το μάθουμε.
November 16, 2021 7.00am AEDT(Australian Eastern Daylight Time)
Συγγραφέας Author David Simpson School of Physics, Senior Lecturer, The University of Melbourne
Δήλωση γνωστοποίησης. Ο David Simpson λαμβάνει χρηματοδότηση από το Αυστραλιανό Ερευνητικό Συμβούλιο.
Συντάκτης στα αγγλικά Misha Ketchell. Μετάφραση επιμέλεια στα ελληνικά zaungastnic.blogspot.no
Τα περιστέρια που γυρίζουν μετά από ένα ταξείδι τους στο σπίτι- τα ταχυδρομικά περιστέρια δηλαδή, είναι γνωστά για την ασυνήθιστη ικανότητά τους να βρίσκουν το δρόμο - να πλοηγούνται σε περίπλοκα και να αλλάζουν τα τοπία. Στην πραγματικότητα, το κάνουν τόσο καλά που χρησιμοποιήθηκαν ως πηγή ασφαλούς επικοινωνίας πριν από περισσότερα από 2.000 χρόνια.
Ο Ιούλιος Καίσαρας φέρεται να έστειλε [NT1] τα νέα για την κατάκτηση της Γαλατίας πίσω στη Ρώμη μέσω περιστεριών, όπως και ο Ναπολέων Βοναπάρτης μετά την ήττα του από την Αγγλία στη Μάχη του Βατερλώ το 1815.
Γνωρίζουμε ότι τα περιστέρια χρησιμοποιούν οπτικά σήματα και μπορούν να πλοηγηθούν με βάση ορόσημα κατά μήκος γνωστών ταξιδιωτικών διαδρομών. Γνωρίζουμε επίσης ότι έχουν μια μαγνητική αίσθηση που ονομάζεται "magnetoreception" που τους επιτρέπει να πλοηγούνται χρησιμοποιώντας το μαγνητικό πεδίο της Γης.
Αλλά δεν ξέρουμε ακριβώς πώς το κάνουν αυτό (όπως και άλλα είδη). Σε έρευνα που δημοσιεύτηκε σήμερα στα Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών, οι συνάδελφοί μου και εγώ δοκιμάσαμε μια θεωρία που επιχειρεί να συνδέσει τη μαγνητοδεκτικότητα σε περιστέρια με μικροσκοπικά κομμάτια υλικού πλούσιου σε σίδηρο που βρίσκονται στα εσωτερικά των αυτιών τους.
Χρησιμοποιώντας ένα νέο είδος μαγνητικού μικροσκοπίου, επιβεβαιώσαμε ότι αυτό δεν ισχύει. Όμως η τεχνολογία μας άνοιξε την πόρτα να διερευνήσουμε το φαινόμενο σε πολλά άλλα είδη.
Οι τρέχουσες υποθέσεις
Οι επιστήμονες έχουν αφιερώσει δεκαετίες εξερευνώντας τους πιθανούς μηχανισμούς για μαγνητοδεκτικότητα. Αυτή τη στιγμή υπάρχουν δύο κυρίαρχες θεωρίες.
Η πρώτη βασίζεται σε ένα μοντέλο «ζεύγους ελεύθερων ριζών» που βασίζεται στην όραση. Τα εγχώρια περιστέρια και άλλα αποδημητικά πτηνά έχουν πρωτεΐνες στον αμφιβληστροειδή χιτώνα των ματιών τους που ονομάζονται «κρυπτόχρωμα»[i] (χρωμοπρωτεϊνη αισθητήρας (υποδοχέας) των μπλε φωτονίων) . Αυτά παράγουν ένα ηλεκτρικό σήμα που ποικίλλει ανάλογα με την ισχύ του τοπικού μαγνητικού πεδίου.
Αυτό θα μπορούσε ενδεχομένως να επιτρέψει στα πουλιά να «βλέπουν» το μαγνητικό πεδίο της Γης, αν και οι επιστήμονες δεν έχουν ακόμη επιβεβαιώσει αυτή τη θεωρία.
Η δεύτερη πρόταση για τον τρόπο πλοήγησης των περιστεριών βασίζεται σε σβώλους μαγνητικού υλικού στο εσωτερικό τους, το οποίο μπορεί να τους παρέχει ας πούμε μια πυξίδα με βάση μαγνητικά σωματίδια.
Γνωρίζουμε ότι μαγνητικά σωματίδια βρίσκονται στη φύση, σε μια ομάδα βακτηρίων που ονομάζονται μαγνητοτακτικά βακτήρια. Αυτά τα βακτήρια παράγουν μαγνητικά σωματίδια που προσανατολίζονται κατά μήκος των γραμμών του μαγνητικού πεδίου της Γης.
Οι επιστήμονες τώρα αναζητούν μαγνητικά σωματίδια σε μια σειρά ειδών. Πιθανοί υποψήφιοι βρέθηκαν στο άνω ράμφος των περιστεριών πριν από περισσότερο από μια δεκαετία, αλλά μεταγενέστερες εργασίες έδειξαν ότι αυτά τα σωματίδια σχετίζονται με την αποθήκευση σιδήρου και όχι με τη μαγνητική αίσθηση.
Μια ματιά μέσα στο αυτί ενός περιστεριού
Η νέα έρευνα βρίσκεται τώρα σε εξέλιξη στο εσωτερικό αυτί των περιστεριών, όπου εντοπίστηκαν για πρώτη φορά σωματίδια σιδήρου γνωστά ως «επιδερμιδοσώματα» το 2013.
Μεμονωμένα cuticulosomes[ii], [iii] έχουν εντοπιστεί σε διακριτές περιοχές στο εσωτερικό αυτί του περιστεριού όπου υπάρχουν άλλα γνωστά αισθητήρια συστήματα (όπως για την ακοή και την ισορροπία κατά τη διάρκεια της πτήσης). Θεωρητικά, εάν υπήρχε σύστημα μαγνητικής αίσθησης στα περιστέρια, θα έπρεπε να βρίσκεται κοντά σε άλλα αισθητήρια συστήματα.
Αλλά για να προσδιορίσουν εάν τα cuticulosomes σιδήρου μπορούν να λειτουργήσουν ως μαγνητοϋποδοχείς στα περιστέρια, οι επιστήμονες πρέπει να προσδιορίσουν τις μαγνητικές τους ιδιότητες. Αυτό δεν είναι εύκολο, καθώς τα cuticulosomes είναι 1.000 φορές μικρότερα από έναν κόκκο άμμου.
Επιπλέον, βρίσκονται μόνο στο 30% των τριχωτών κυττάρων στο εσωτερικό αυτί, γεγονός που καθιστά δύσκολο τον εντοπισμό και τον χαρακτηρισμό τους.
Διάγραμμα που δείχνει το εσωτερικό αυτί ενός περιστεριού, με αναφορές για τριχωτά κύτταρα και μαγνητικά σωματίδια.
Πραγματοποιήσαμε κβαντική μαγνητική απεικόνιση σιδήρου-οργανιδίων στο εσωτερικό αυτί του περιστεριού. Robert W de Gill
Για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος η ομάδα μας στο Πανεπιστήμιο της Μελβούρνης, μαζί με συναδέλφους από το Ινστιτούτο Μοριακής Παθολογίας της Βιέννης και την Εταιρεία Max Planck στη Βόννη, στράφηκαν σε μια νέα τεχνολογία απεικόνισης για να εξερευνήσουν τις μαγνητικές ιδιότητες των cuticulosomes σωματιδίων του σιδήρου στο εσωτερικό αυτί του περιστεριού.
Αναπτύξαμε ένα μαγνητικό μικροσκόπιο που χρησιμοποιεί αισθητήρες με βάση το διαμάντι για να απεικονίσει ευαίσθητα μαγνητικά πεδία που προέρχονται από μικροσκοπικά μαγνητικά σωματίδια.
Διαψεύδοντας τη θεωρία
Μελετήσαμε προσεκτικά τα λεπτά τμήματα του εσωτερικού αυτιού του περιστεριού τοποθετημένα απευθείας στους αισθητήρες διαμαντιού. Εφαρμόζοντας μαγνητικά πεδία ποικίλης ισχύος στον ιστό, μπορέσαμε να μετρήσουμε τη μαγνητική αποδεκτικότητα μεμονωμένων cuticulosomes.
Τα αποτελέσματά μας έδειξαν ότι οι μαγνητικές ιδιότητες των cuticulosomes δεν ήταν αρκετά ισχυρές ώστε να λειτουργήσουν ως μαγνητοϋποδοχέας με βάση μαγνητικά σωματίδια. Στην πραγματικότητα, τα σωματίδια θα πρέπει να είναι 100.000 φορές ισχυρότερα για να ενεργοποιήσουν τα αισθητήρια μονοπάτια που απαιτούνται για τη μαγνητοδεκτικότητα στα περιστέρια.
Ωστόσο, παρά τη σύντομη αναζήτηση του δύσκολα ανιχνεύσιμου μαγνητοϋποδοχέα, είμαστε εξαιρετικά ενθουσιασμένοι από τις δυνατότητες αυτής της τεχνολογίας μαγνητικού μικροσκοπίου.
Ελπίζουμε να το χρησιμοποιήσουμε για να μελετήσουμε μια σειρά από μαγνητικούς υποψήφιους σε μια ποικιλία ειδών, όπως τρωκτικά, ψάρια και χελώνες. Και με αυτόν τον τρόπο μπορούμε να επικεντρωθούμε όχι μόνο σε cuticulosomes, αλλά σε μια σειρά από άλλα δυνητικά μαγνητικά σωματίδια.
[i] Το κρυπτόχρωμα είναι μια πρωτεΐνη στα φυτά, τα ζώα και τον άνθρωπο που ενεργοποιείται από το φως, ιδιαίτερα δε είναι ευαίσθητη στην αντίληψη του μπλε χρώματος από το φάσμα του φωτός. Δηλαδή η πρωτεΐνη αυτή δίνει την αίσθηση του μπλε χρώματος όταν ενεργοποιείται από το φως. Η παρουσία της στους φωτοϋποδοχείς του ματιού των πουλιών φαίνεται ότι συμβάλλει και στον μαγνητικό προσανατολισμό τους κατά την διάρκεια της μετανάστευσής τους, σε βαθμό που οι επιστήμονες ισχυρίζονται ότι τα πουλιά βλέπουν με χρώματα το μαγνητικό πεδίο και συνεπώς την κατεύθυνση που θέλουν να ακολουθήσουν.
[ii] [Wikipedia]The cuticulosome is a spherical, iron-rich structure located in the cuticular plate of auditory and vestibular hair cells in birds.[1][2] Cuticulosomes are 300-600 nm in diameter and are composed of ferritin-like granules that in some cases are structured in paracrystalline arrays. Due to its specific location in sensory hair cells of the inner ear and its iron-rich composition it was proposed to be involved in the magnetic sense of birds.[1] However, physical simulations and calculations showed that it lacks sufficient magnetic susceptibility to act as a torque based magnetoreceptor.[3] An alternative hypothesis suggests that the cuticulosome might work as an intracellular electromagnetic oscillator to detect magnetic fields.[3]
[iii] https://www.wikidata.org/wiki/Q27345695
