Busola invizibilă a animalelor: Cum detectează câmpul magnetic al Pământului

Magnetorecepția – capacitatea de a detecta câmpul magnetic al Pământului – a fost observată la nevertebrate, pești, amfibieni și reptile. La mamifere, acest simț pare să fie implicat nu doar în orientarea pe distanțe lungi, ci și în comportamente precum construirea cuiburilor, vânătoarea sau revenirea la un anumit loc.

Problema este că, spre deosebire de văz sau miros, magnetorecepția nu are un organ senzorial evident. Nu există un echivalent clar al ochiului sau al nasului care să poată fi identificat drept „receptor magnetic”.

Din acest motiv, fenomenul a fost descris uneori ca un „simț fără receptor”. Formularea ar putea fi însă înșelătoare. Cercetările din ultimele decenii au dus la identificarea mai multor mecanisme potențiale, iar un studiu recent a adăugat o ipoteză surprinzătoare: ficatul porumbeilor voiajori.

În prezent, oamenii de știință iau în calcul cel puțin șase mecanisme prin care animalele ar putea detecta câmpul magnetic.

Șase mecanisme pentru magnetorecepție

1. Un mecanism dependent de lumină, identificat la păsări, insecte și amfibieni, despre care se crede că implică un fotoreceptor sensibil la lumină.

2. Un mecanism bazat pe particule de fier, despre care se presupune că se află în anumite celule din ciocul păsărilor.

3. Un alt mecanism bazat pe particule de fier, propus în cazul mamiferelor, unde acestea ar putea fi localizate la nivelul ochilor.

4. Un mecanism bazat pe inducția ionilor, propus în cazul păsărilor, care ar implica canalele semicirculare ale urechii.

5. Un mecanism similar, bazat pe inducția ionilor, asociat cu electroreceptorii unor specii de pești.

6. Un mecanism propus recent la porumbeii voiajori, care ar putea implica macrofagele din ficat.

Niciuna dintre aceste ipoteze nu a fost însă demonstrată definitiv drept mecanismul senzorial responsabil de magnetorecepție. Tocmai aici se află una dintre marile provocări ale domeniului.

În cazul magnetorecepției, problema ar putea fi formulată astfel: receptorul nu a fost identificat cu certitudine, dar există mai multe mecanisme candidate.

Ficatul porumbeilor voiajori ar putea detecta câmpul magnetic

Una dintre cele mai neobișnuite ipoteze vine dintr-un studiu recent publicat în revista Science, realizat de o echipă de cercetători din Germania.

Cercetătorii au administrat porumbeilor voiajori o substanță numită clodronat, care elimină macrofagele – celule ale sistemului imunitar – din ficat, fără să le elimine din alte țesuturi.

Ulterior, păsările au fost eliberate la aproximativ 19 kilometri de crescătoria lor, în condiții de cer acoperit, iar cercetătorii le-au urmărit comportamentul de orientare.

Rezultatul a fost surprinzător: porumbeii tratați cu clodronat au prezentat semne de dezorientare și nu s-au întors până când soarele nu a reapărut. În schimb, păsările netratate nu au prezentat aceeași problemă, iar porumbeii tratați cu clodronat, dar eliberați pe vreme însorită, nu au fost afectați în același mod.

Pentru cercetători, observația este relevantă deoarece porumbeii folosesc atât soarele, cât și câmpul magnetic pentru orientare.

Citește și Insula italiană unde fiecare casă are altă culoare. Burano arată ca o pictură vie

De ce contează fierul din ficat?

Legătura dintre ficat și magnetorecepție poate părea, la prima vedere, greu de explicat. Macrofagele nu sunt celule senzoriale, ci componente ale sistemului imunitar. Unul dintre rolurile lor este însă să elimine din organism globulele roșii îmbătrânite.

Iar globulele roșii conțin fier.

Ipoteza cercetătorilor este că, pe măsură ce macrofagele acumulează fier, acestea ar putea dobândi proprietăți magnetice și ar putea reacționa la câmpul magnetic al Pământului.

Mai mult, cercetătorii susțin că astfel de celule se concentrează într-o regiune a ficatului bogată în celule nervoase. Acest lucru ar putea permite transmiterea către creier a unor informații legate de direcția câmpului magnetic.

Ipoteza este neobișnuită, dar nu este complet izolată de cercetările anterioare. Particulele de fier din celule au fost propuse de mai mult timp drept posibile componente ale sistemului de magnetorecepție.

Ce legătură are lumina cu simțul magnetic?

Una dintre cele mai studiate teorii implică o moleculă numită criptocrom, sensibilă la lumina albastră și implicată și în reglarea ceasului biologic al animalelor.

Cercetările sugerează că anumite reacții chimice dependente de lumină pot fi influențate de câmpurile magnetice. În acest scenariu, criptocromul nu ar fi evoluat inițial pentru a funcționa ca un receptor magnetic. Totuși, proprietățile sale chimice ar fi putut permite, în timp, utilizarea acestuia și pentru detectarea câmpului magnetic.

Teoria ar putea explica de ce unele animale își folosesc magnetorecepția în relație cu condițiile de iluminare.

Calculele bazate pe mecanica cuantică sugerează, de exemplu, că anumite mecanisme dependente de lumină ar putea deveni mai puțin eficiente în condiții de lumină puternică. Pentru un animal activ în timpul zilei, ar putea fi necesar un mecanism suplimentar.

În schimb, pentru o pasăre migratoare care se orientează noaptea – când există în continuare o anumită cantitate de lumină naturală – un mecanism dependent de lumină ar putea fi avantajos.

De ce ar putea exista mai multe sisteme de orientare?

O posibilă explicație este că natura nu a găsit o singură soluție pentru magnetorecepție.

Speciile au evoluat în medii diferite și au stiluri de viață diferite. Un porumbel care se deplasează ziua ar putea avea nevoie de un mecanism diferit de cel al unei păsări care migrează noaptea. La fel, un pește care trăiește într-un mediu acvatic poate folosi alte mecanisme senzoriale decât o pasăre.

Prin urmare, este posibil ca magnetorecepția să nu fie un sistem unic, ci rezultatul mai multor soluții evolutive independente.

Misterul continuă

Deși cercetările au avansat considerabil, oamenii de știință nu pot spune încă, cu certitudine, care dintre mecanismele propuse reprezintă receptorul magnetic propriu-zis.

Există însă mai multe dovezi care indică faptul că animalele pot utiliza câmpul magnetic al Pământului pentru orientare, iar cercetările au identificat cel puțin șase mecanisme posibile prin care această informație ar putea fi detectată, notează theconversation.com.

Pentru moment, magnetorecepția rămâne unul dintre cele mai fascinante exemple ale modului în care animalele percep lumea într-un mod pe care oamenii nu îl pot experimenta în mod direct.