Исследование механизма магнитной ориентации птиц

Учёные из СПбГУ совместно с коллегами из Института эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН и Биостанции «Рыбачий» ЗИН РАН создали микроприбор весом менее грамма для локального воздействия на магнитный компас птиц. Исследование показало, что магниторецепция у птиц, вероятно, не связана со светочувствительным белком криптохромом в сетчатке глаз, хотя именно фотохимические реакции в криптохроме до сих пор считались основным биофизическим механизмом магнитного чувства.

Загадка магнитного компаса

Механизм магнитной ориентации, позволяющий перелётным птицам совершать дальние миграции, остаётся не до конца изученным. Известно, что птицы используют для навигации несколько источников информации: солнце, звёзды, ландшафт, запахи и параметры геомагнитного поля Земли. Магнитное поле используется для поддержания направления полёта (магнитный компас) и, возможно, для определения местоположения (магнитная карта). Ранее было установлено, что компас можно нарушить, воздействуя на всё тело птицы слабым осциллирующим магнитным полем (ОМП) в мегагерцевом диапазоне. Также в 2018 году было обнаружено, что информация магнитной карты передаётся в мозг птицы через глазничные ветви тройничного нерва. Однако сам рецептор до сих пор не найден.

Проверка гипотезы о криптохроме

Согласно одной из ведущих теорий, наиболее вероятными магниторецепторами являются молекулы светочувствительного белка криптохрома в сетчатке глаза птицы. Результат фотохимических реакций в этом белке зависит от интенсивности и направления магнитного поля. Чтобы проверить, действительно ли магнитный компас встроен в зрительную систему, учёные решили применить ОМП локально к глазам птицы.

«Мы разработали миниатюрные устройства весом всего 0,95 грамма, состоящие из магнитной катушки и высокочастотного генератора, питаемого от часовых батареек, — объяснил Кирилл Ковакин, ведущий научный сотрудник Лаборатории спиновой оптики им. И.Н. Уральцева СПбГУ. — Поскольку катушки очень малы, магнитное поле можно применить локально только к глазам птицы».

Эксперимент с садовыми камышовками

Двадцать две садовые камышовки (Sylvia borin) были оснащены портативными устройствами с магнитной катушкой, прикреплённой к голове. Птиц отловили во время осенней миграции на Биостанции «Рыбачий» (Куршская коса). Эксперименты проводились в круглых аренах внутри экранированной и заземлённой немагнитной камеры с искусственным ночным освещением зелёными светодиодами. В этих условиях единственной доступной ориентировочной подсказкой было геомагнитное поле.

Птицы с устройствами в состоянии «включено» и «выключено» вели себя одинаково: они не дезориентировались и показывали сезонно соответствующее миграционное направление — на юго-запад. Напротив, при помещении в ОМП, создаваемое большими стационарными катушками в контрольных экспериментах, птицы демонстрировали явную дезориентацию.

Выводы и перспективы

«Наши результаты ставят под сомнение преобладающую фотохимическую теорию магнитного компаса птиц. Они указывают на существование других компонентов системы магниторецепции птиц, чувствительных к ОМП. Эти выводы бросают вызов существующим представлениям о биофизике и нейрофизиологии магниторецепции», — отметила Юлия Бояринова, один из ведущих авторов исследования.

В дальнейших экспериментах учёные планируют исследовать другие возможные места расположения компаса, например, в верхней части клюва или в лагене (части внутреннего уха птицы). Для этого можно будет использовать разработанные миниатюрные устройства с небольшими модификациями магнитных катушек.

«В настоящее время наш интерес в основном фундаментальный. Нами движет любопытство, поскольку магнитный компас птиц остаётся неразгаданной загадкой, — отметил Кирилл Ковакин. — Тем не менее, есть шанс, что решение этой фундаментальной проблемы позволит создать новые системы навигации без спутников».