7 دقیقه
کبوتری از روی بام به پرواز درمیآید و با قوسی آرام و پیوسته به سوی خط افق میرود، بیآنکه ابرهایی که خورشید را پوشاندهاند سردرگمش کنند. پرندهای که نه نقشه دارد و نه جیپیاس، چگونه مسیر خود را در دهها یا حتی صدها کیلومتر پیدا میکند؟ دانشمندان شاید سرانجام به پاسخی نزدیک شدهاند که برداشتهای قدیمی درباره جهتیابی حیوانات را دگرگون میکند.
کبوترهای نامهبر هزاران سال پیامهای انسان را جابهجا کردهاند. نقش آنها از حدود ۱۳۵۰ سال پیش از میلاد در هنر مصر دیده میشود و تا پیش از ظهور تلگراف، از قابلاعتمادترین پیامرسانهای دوربرد ما بودند؛ از قراردادهای تجاری گرفته تا گزارشهای میدان نبرد را منتقل میکردند. توانایی شگفتانگیز آنها در بازگشت به کبوترخانه افسانهای است، اما سازوکار درونیای که چنین جهتیابی دقیقی را ممکن میکند، همچنان رازآلود مانده بود.
سربازان ارتش سوئیس در جریان جنگ جهانی اول پیامی را با کبوتر نامهبر ارسال میکنند.
عضوی غیرمنتظره در کانون توجه
پژوهشگران دانشگاه بن و مؤسسه ماکس پلانک برای رفتار جانوران شواهدی ارائه کردهاند که نشان میدهد توانایی بازگشت به خانه در کبوترها ممکن است به سامانهای حساس به میدان مغناطیسی وابسته باشد که درون کبد پنهان شده است. این سامانه بر سلولهای ایمنی سرشار از آهن به نام ماکروفاژها تکیه دارد. به گفته تیم پژوهشی، این سلولها مانند سوزنهای قطبنمای میکروسکوپی رفتار میکنند.
مارتین ویکلسکی، مدیر مؤسسه ماکس پلانک برای رفتار جانوران و یکی از نویسندگان ارشد مقاله، میگوید: «آنچه در جهتیابی پرندگان شبیه یک احساس غریزی به نظر میرسد، شاید در واقع پایهای کاملا فیزیکی داشته باشد.» کلیویا لیسوفسکی، ایمنیشناس، اضافه میکند که کبد و طحال به دلیل پردازش و تجزیه گلبولهای قرمز، آهن را ذخیره میکنند و همین موضوع آنها را به مکانهایی منطقی برای جستوجوی ویژگیهای مغناطیسی تبدیل میکند.
طرح نقش کبد در این موضوع در نگاه نخست برخلاف انتظار است. طی دههها، پژوهشهای مربوط به حس مغناطیسی عمدتا بر حسگرهای موجود در منقار، گوش داخلی یا گیرندههای نوری تخصصی در چشم متمرکز بود. این ایده که سلولهای ایمنی در کبد بتوانند اطلاعات مغناطیسی را به مغز منتقل کنند، قواعد بازی را تغییر میدهد.
سیمکشی میکروسکوپی و رفتار کوانتومی
تیم پژوهشی زیر میکروسکوپ الکترونی مشاهده کرد که ماکروفاژهای کبدی با رشتههای عصبی تماس نزدیک دارند. این اتصالهای فیزیکی مسیری قابلقبول فراهم میکند تا اطلاعات مغناطیسی از بافت کبد به دستگاه عصبی مرکزی منتقل شود. نکته چشمگیرتر، رفتار مغناطیسی این سلولهاست. ماکروفاژها ذرات آهنی دارند که خاصیت ابرپارامغناطیس نشان میدهند؛ ویژگیای کوانتومی که در آن حوزههای مغناطیسی بسیار ریز با میدان خارجی همراستا میشوند، اما پس از حذف میدان، مغناطش دائمی را حفظ نمیکنند.
تصویر میکروسکوپ الکترونی از بافت کبد کبوتر، یک ماکروفاژ کبدی را به رنگ آبی در تماس با یک رشته عصبی به رنگ زرد نشان میدهد؛ اتصالی که انتقال اطلاعات «مغناطیسی» به مغز کبوتر را ممکن میکند.
ابرپارامغناطیس اصطلاحی روزمره نیست. به زبان ساده، این یعنی ساختارهای سرشار از آهن میتوانند مانند سوزن قطبنما به میدان مغناطیسی زمین واکنش نشان دهند، بیآنکه برای همیشه مغناطیسی شوند و بیآنکه به ماده فرومغناطیس در مقیاس بزرگ نیاز داشته باشند. همین ویژگی آنها را برای سامانههای زیستی که به حساسیت و برگشتپذیری نیاز دارند، بسیار مناسب میکند.
آزمودن قطبنما در آسمان
مشاهدات آزمایشگاهی بهتنهایی کافی نیستند. پژوهشگران یک آزمون میدانی طراحی کردند تا ببینند آیا مختل کردن ماکروفاژهای کبدی توانایی بازگشت به خانه را تضعیف میکند یا نه. آنها ۳۴ کبوتر نامهبر را در فاصله ۱۹ کیلومتری از کبوترخانه خود در مؤسسه ماکس پلانک رها کردند. هجده پرنده یک روز پیش از رهاسازی، دوزی از کلودرونات دریافت کرده بودند. کلودرونات ماکروفاژها را کاهش میدهد و در عمل حسگر مغناطیسی پیشنهادی را از سیمکشی عصبی آن جدا میکند.
کبوترهایی که درمان نشده بودند، طی حدود ۷۰ دقیقه بازگشتند. اما پرندگان دریافتکننده کلودرونات چنین نکردند. در شرایط ابری پایدار، هیچیک از پرندگان درمانشده همان روز به خانه نرسید و الگوهای پروازی آنها جهتگیری تصادفی را نشان میداد. نکته مهم این بود که وقتی آسمان صاف شد، پرندگان درمانشده توانایی عادی بازگشت را دوباره به دست آوردند. در روز آفتابی، کبوترهای دریافتکننده کلودرونات مانند پرندگان درماننشده جهتیابی کردند؛ موضوعی که نشان میدهد سامانه مبتنی بر کبد بهویژه زمانی مهم است که نشانههای خورشیدی در دسترس نیستند.
سادگی این آزمایش، آن را بسیار دقیق و اثرگذار میکند. حسگر احتمالی را حذف کنید، خورشید را پنهان کنید و ببینید آیا جهتیابی فرو میپاشد یا نه. الگویی که تیم پژوهشی مشاهده کرد از مدلی حمایت میکند که بر اساس آن، کبوترها از چندین نشانه استفاده میکنند: نشانههای دیداری و آسمانی وقتی در دسترس باشند، و یک خوانش مغناطیسی درونی وقتی این نشانهها وجود نداشته باشند.
پیامدهای گستردهتر و پرسشهای بیپاسخ
اگر سلولهای ایمنی بتوانند در کبوترها نقش حسگر مغناطیسی را ایفا کنند، آیا سازوکارهای مشابه در گونههای دیگر نیز فعالاند؟ این مقاله به فهرست بلندی از جانورانی اشاره میکند که بدون نقشههای دیداری آشکار جهتیابی میکنند: پرندگان مهاجر در بخشهای شبانه سفر خود، کوسههایی که از اقیانوسهای بینشانه میگذرند، و خفاشها و موشکورها که در تاریکی مسیر خود را پیدا میکنند. هرکدام از این جانوران میتوانند از یک ابزار حس مغناطیسی فشرده، کممصرف و مقاوم بهره ببرند.
با این حال چند معما همچنان باقی است. سیگنالهای ماکروفاژ چگونه با دیگر اطلاعات حسی در مغز پرنده یکپارچه میشوند؟ چه برنامههای رشدی و ژنتیکی این ساختارهای سرشار از آهن را میسازند؟ و این سازوکار تا چه اندازه در میان گونههای پرندگان یا در میان مهرهداران عمومیت دارد؟
دیدگاه کارشناس
دکتر جسیکا رامیرز، عصببومشناس در مؤسسه شناخت تطبیقی، میگوید: «این مقاله ما را وادار میکند نگاه خود را درباره محل وقوع حسگری در بدن حیوان گسترش دهیم. ما معمولا به دنبال حسگرها در اندامهای حسی سنتی میگردیم. یافتن یک عنصر مغناطیسی در دستگاه ایمنی نشان میدهد طبیعت برای حل مسائل دشواری مانند جهتیابی، از هر بافت در دسترس استفاده میکند.»
جمعبندی
این کشف پرونده حس مغناطیسی را نمیبندد؛ بلکه فصل تازهای میگشاید که ایمنیشناسی، عصبزیستشناسی و فیزیک کوانتوم را در یک جانور زنده به هم پیوند میدهد. این ایده که ماکروفاژهای کبدی دارای آهن ابرپارامغناطیس میتوانند اطلاعات جهتدار را به مغز منتقل کنند، شیوه نگاه دانشمندان به جهتیابی حیوانات را بازتعریف میکند. پژوهشهای آینده باید مدارهای عصبی را نقشهبرداری کنند، نشانگرهای مولکولی تعیینکننده سلولهای مغناطیسی را شناسایی کنند و بررسی کنند که آیا سامانههای مشابه در دیگر جهتیابان خشکی، دریا و آسمان نیز دیده میشود یا نه. فعلا کبوتر نامهبر همچنان رازهای خود را حفظ کرده است، اما یکی از آنها از قلمرو افسانه به آزمایشگاه راه یافته است.
منبع: sciencealert
ارسال نظر