کشف راز جهت‌یابی کبوترها؛ قطب‌نمای درونی این پرندگان در کبد قرار دارد

ناوبری پرندگان یکی از پیچیده‌ترین و اسرارآمیزترین پدیده‌های دنیای جانوران به شمار می‌رود. با وجود دهه‌ها تحقیق، هنوز دانشمندان نتوانسته‌اند تمام سازوکارهای این توانایی شگفت‌انگیز را توضیح دهند. دشواری پژوهش در این زمینه تا حدی بدین دلیل است که هر گونه پرنده از ترکیب متفاوتی از نشانه‌های محیطی برای یافتن مسیر استفاده می‌کند و طراحی آزمایش‌هایی که بتوانند این فرایندها را به‌طور دقیق آشکار کنند، بسیار دشوار است.

دانشمندان از دهه ۱۹۶۰ میلادی این احتمال را مطرح کرده بودند که پرندگان از میدان مغناطیسی زمین برای جهت‌یابی استفاده می‌کنند. اما آزمایش‌های اولیه محدودیت‌های فراوانی داشتند و بسیاری از نتایج به‌سختی تکرارشدنی بودند.

امروزه پژوهشگران تقریباً اطمینان دارند که بسیاری از پرندگان، به‌ویژه گونه‌های مهاجر، قادرند میدان مغناطیسی زمین را حس کنند. همچنین شواهدی وجود دارد که نشان می‌دهد برخی مولکول‌های حساس به نور در چشم پرندگان نیز در این فرایند نقش دارند. بااین‌حال، اینکه دقیقاً کدام سلول‌ها یا اندام‌ها اطلاعات مغناطیسی را دریافت می‌کنند و چگونه این اطلاعات به مغز منتقل می‌شود، همچنان یکی از بزرگ‌ترین معماهای زیست‌شناسی جانوری بوده است.

گروهی از پژوهشگران مؤسسه رفتارشناسی جانوری ماکس پلانک و دانشگاه بن در آلمان در پژوهشی تازه به این نتیجه رسیده‌اند که کبوترهای خانگی ممکن است از سلول‌های ایمنی ویژه‌ای در کبد خود برای تشخیص میدان مغناطیسی زمین استفاده کنند.

سلول‌های مورد نظر ماکروفاژ نام دارند؛ نوعی گلبول سفید که در دستگاه ایمنی بدن وظیفه جمع‌آوری و تجزیه سلول‌های فرسوده، میکروب‌ها و مواد زائد را بر عهده دارند. یکی از وظایف مهم آن‌ها در کبد، تجزیه گلبول‌های قرمز پیر و از کارافتاده است.

پژوهشگران با کمک دستگاه مغناطیس‌سنجی نمونه ارتعاشی یا VSM، ویژگی‌های مغناطیسی اندام‌های مختلف بدن کبوترها را اندازه گرفتند. سپس با استفاده از روش‌های جداسازی سلول‌های مغناطیسی، گروه‌های سلولی مختلف را از یکدیگر تفکیک و بررسی کردند.

پژوهشگران از قبل سرنخ‌هایی داشتند که نشان می‌داد کبد و طحال ممکن است ویژگی‌های مغناطیسی قابل توجهی داشته باشند، زیرا این اندام‌ها محل اصلی تجزیه گلبول‌های قرمز و ذخیره آهن در بدن هستند. بررسی‌ها نشان داد کبد بیشترین غلظت آهن را در میان تمام اندام‌های مورد مطالعه دارد. همین موضوع آن را به محتمل‌ترین محل برای یافتن گیرنده‌های مغناطیسی تبدیل کرد.

اولف ویدوالد از دانشگاه دویسبورگ-اسن می‌گوید: «آهن در این سلول‌ها به صورت نانوذرات بلوری اکسید آهن وجود دارد. این ساختارها به سلول‌ها خاصیت ابرپارامغناطیسی می‌دهند؛ یعنی سلول‌ها می‌توانند به میدان‌های مغناطیسی واکنش نشان دهند. ما قوی‌ترین پاسخ مغناطیسی را در بافت کبد مشاهده کردیم.»

در فیزیک، ابرپارامغناطیس نوعی رفتار مغناطیسی است که در ذرات بسیار کوچک مشاهده می‌شود. چنین ذراتی می‌توانند در حضور میدان مغناطیسی به سرعت هم‌راستا شوند و نسبت به تغییرات میدان حساسیت بالایی داشته باشند. این ویژگی باعث می‌شود گزینه مناسبی برای ساخت حسگرهای زیستی طبیعی باشند.

پژوهشگران پس از شناسایی سلول‌ها، تصمیم گرفتند نقش آن‌ها را در عمل آزمایش کنند. آن‌ها از کبوترهایی استفاده کردند که آموزش دیده بودند از فاصله حدود ۲۰ کیلومتری به کبوترخانه خود در مؤسسه پژوهشی بازگردند.

در مرحله بعد، ماکروفاژهای غنی از آهن در برخی از این پرندگان حذف شدند. نتایج بسیار جالب توجه بود. در روزهای ابری، کبوترهایی که این سلول‌ها را از دست داده بودند، دیگر قادر نبودند مسیر بازگشت را به درستی پیدا کنند و دچار سردرگمی می‌شدند. اما در روزهای آفتابی، همین پرندگان همچنان می‌توانستند با موفقیت به خانه بازگردند.

یافته‌ها نشان می‌دهد کبوترها احتمالاً از چند سامانه ناوبری مختلف به طور هم‌زمان استفاده می‌کنند. هنگامی که اطلاعات مغناطیسی در دسترس نباشد، آن‌ها می‌توانند از موقعیت خورشید و نشانه‌های آسمانی برای تعیین مسیر بهره ببرند. چنین سامانه پشتیبانی‌ پیش‌تر نیز در برخی پژوهش‌های مربوط به پرندگان مهاجر پیشنهاد شده بود.

کشف مورد بحث اهمیت زیادی دارد، زیرا نشان می‌دهد اطلاعات مربوط به میدان مغناطیسی احتمالاً می‌تواند از طریق همین سلول‌های ایمنی ویژه به رشته‌های عصبی منتقل شود و سپس به مغز برسد. به بیان دیگر، این سلول‌ها ممکن است نقش واسطه‌ای را ایفا کنند که اطلاعات مغناطیسی محیط را به سیگنال‌های عصبی قابل فهم برای مغز تبدیل می‌کند.

اگر نتایج پژوهش در مطالعات آینده تأیید شود، ممکن است نگاه دانشمندان به رابطه میان دستگاه ایمنی، دستگاه عصبی و توانایی‌های حسی جانوران دگرگون شود. همچنین این کشف می‌تواند سرنخ‌های جدیدی درباره چگونگی تکامل حس جهت‌یابی در پرندگان و سایر جانوران فراهم کند؛ حسی که همچنان یکی از شگفت‌انگیزترین توانایی‌های دنیای طبیعی به شمار می‌رود.

پژوهش در ژورنال Science منتشر شده است.