Способность ориентироваться в пространстве при дальних перемещениях исключительно важна для многих видов животных. Мигрирующие птицы способны преодолевать огромные расстояния от мест зимовок до регионов гнездования и обратно. Например, полярная крачка Sterna paradisaea преодолевает до 81 600 км в год (Egevang et al., 2010). Для навигации птицы используют различные источники от положения солнца до обоняния (Schmidt-Koenig, 1984; Nevitt et al., 2008). Одним из элементов системы ориентирования является магнитный компас, позволяющий определять направление по магнитным меридианам Земли (Mouritsen, 2018). Этим свойством пользуются и другие животные, например, летучие мыши или озерные лягушки (Holland et al., 2006; Shakhparonov, Ogurtsov, 2017). Магнитный орган до сих пор не локализован, несмотря на значительные успехи в этой области, такие, как доказательство участия глазничной ветви тройничного нерва в передаче информации о местоположении птицы (Pakhomov et al., 2018). Существует несколько гипотез, объясняющих формирование восприятия магнитного поля у животных. Господствующая модель основана на свойствах фоточувствительного белка криптохрома, находящегося в сетчатке птичьего глаза (Mouritsen, Hore, 2012). Ориентация молекулы криптохрома и её фотохимические реакции чувствительны к магнитным воздействиям (Rodgers, Hore, 2009; Hiscock et al., 2016). Предполагается, что птицы способны «видеть» геомагнитное поле, силовые линии которого образуют различные углы с выровненными относительно искривленной поверхности сетчатки осями молекул белка (Ritz et al., 2000).

Для проверки описанной гипотезы авторы комментируемой статьи провели эксперимент, основанный на воздействии переменного магнитного поля на предполагаемый рецептор магнитного компаса. Для этого было разработано специальное миниатюрное устройство весом 0,95 грамма, которое воздействовало на центральную часть сетчатки обоих глаз. Это устройство, после длительной подготовки и дополнительных тестов, было надето на 22 отловленные в период осенней миграции садовые славки Sylvia borin первого года жизни.

Наблюдения за направлением миграционного поведения проводились в специальных клетках, лишающих птиц видимых ориентиров. Для регистрации направленности движения использовался подсчет царапин, оставленных прыгающими птицами на стенках клеток, покрытых сухой смесью клея и известкового раствора. Для контроля исследователи использовали стандартный метод воздействия на весь организм животного переменным магнитным полем, что, как и ожидалось, приводило к полной потере способности определять направление (Kavokin et al., 2014). В результате, эксперимент показал, что влияние устройства не дезориентировало птиц, и они демонстрировали такую же миграционную ориентацию, как при отсутствии или выключении устройства.

Таким образом, полученные данные позволили авторам выдвинуть несколько предположений. Возможно, магнитный компас основан на расположенном в сетчатке криптохроме, функционирование которого не нарушается от прямого воздействия переменного магнитного поля. В таком случае, должен существовать дополнительный чувствительный к переменному магнитному полю рецептор, который имеет возможность блокировать сигналы от криптохрома через их нейрофизиологическую связь.

Кроме этого, магниторецептор может находиться не в глазах и, соответственно, не зависеть от воздействия света. Предположительно, это могут быть наночастицы магнетита или некоторые другие вещества с магнитными свойствами. Имеющиеся данные указывают на то, что рецепторы такого типа могут находиться как в верхней части клюва, так и в лагене (закрытом конце спирали улитки внутреннего уха).

Магниторецепция также может быть основана на криптохроме, расположенном только в вентральной части сетчатки глаза. В процессе эксперимента переменное магнитное поле портативного устройства могло лишь незначительно, на близком к установленному ранее пороговому уровню, воздействовать на данную область сетчатки. Авторы считают это объяснение маловероятным.

Эксперимент показал нечувствительность магнитного компаса птиц к воздействию переменного магнитного поля на центральную область сетчатки. Данный результат опровергает некоторые существующие предположения господствующей модели: магнитная чувствительность фотохимических реакций в молекулах криптохрома, расположенных в сетчатке, формирует визуальное изображение геомагнитного поля; переменное магнитное поле нарушает магнитную ориентацию поскольку влияет на спиновое состояние электронов радикальной пары, образованной криптохромом. Авторы подчеркивают, что их выводы указывают на существование у птиц других, неизвестных пока, компонентов системы магниторецепции, что позволит продолжить эксперимент.

1) Egevang C., Stenhouse I. J., Phillips R. A. et al. Tracking of Arctic terns Sterna paradisaea reveals longest animal migration // PNAS. 2010. V. 107. № 5. P. 2078-2081. https://doi.org/10.1073/pnas.0909493107

2) Schmidt-Koenig K. Elements of bird navigation / Localization and Orientation in Biology and Engineering // Eds. D. Varju & H.-U. Schnitzler. 1984. P. 325-336.

3) Nevitt G. A., Losekoot M., Weimerskirch H. Evidence for olfactory search in wandering albatross, Diomedea exulans // PNAS. 2008. V. 105. № 12. P. 4576-4581. https://doi.org/10.1073/pnas.0709047105

4) Mouritsen H. Long-distance navigation and magnetoreception in migratory animals // Nature. 2018. V. 558. P. 50–59. https://doi.org/10.1038/s41586-018-0176-1

5) Holland R. A., Thorup K., Vonhof M. J. et al. Bat orientation using Earth’s magnetic field // Nature. 2006. V. 444. P. 702. https://doi.org/10.1038/22450

6) Shakhparonov V. V. & Ogurtsov S. V. Marsh frogs, Pelophylax ridibundus, determine migratory direction by magnetic field // The Journal of Comparative Physiology A. 2017. V. 203. P. 35–43. https://doi.org/10.1007/s00359-016-1132-x

7) Pakhomov A., Anashina A., Heyers D. et al. Magnetic map navigation in a migratory songbird requires trigeminal input // Scientific Reports. 2018. V. 8. № 11975. https://doi.org/10.1038/s41598-018-30477-8

8) Rodgers C. T. & Hore P. J. Chemical magnetoreception in birds: the radical pair mechanism // PNAS USA. 2009. V. 106. P. 353–360. https://doi.org/10.1073/pnas.0711968106

9) Hiscock H. G. et al. The quantum needle of the avian magnetic compass // PNAS USA. 2016. V. 113. P. 4634–4639. https://doi. org/10.1073/pnas.1600341113

10) Ritz T., Adem S. & Schulten K. A model for photoreceptor-based magnetoreception in birds // Biophysical Journal. 2000. V. 78. P. 707–718. https://doi.org/10.1016/S0006-3495(00)76629-X

11) Mouritsen H. & Hore P. J. The magnetic retina: light dependent and trigeminal magnetoreception in migratory birds // Current Opinion in Neurobiology. 2012. V. 22. P. 343–352. https://doi.org/10.1016/j.conb.2012.01.005

12) Kavokin K. et al. Magnetic orientation of garden warblers (Sylvia borin) under 1.4 MHz radiofrequency magnetic field // Journal of The Royal Society Interface. 2014. V. 11. № 97. https://doi.org/10.1098/rsif.2014.0451

Новость подготовила © Дарья Рожкова

11.05.2020