1

کبوترهای نامه‌بر توانایی شگفت‌انگیزی در طی‌کردن صدها مایل مسیر و بازگشت دقیق به یک پشت‌بام مشخص دارند. سال‌ها پژوهشگران حدس می‌زدند که این پرنده‌ها نوعی قطب‌نمای نامرئی در بدن خود حمل می‌کنند، اما حسگر فیزیکی این توانایی تا امروز به‌طور دقیق شناسایی نشده بود.

تحقیقات تازه‌ای که در مونیخ انجام شده، نشان می‌دهد که محل این قطب‌نمای مرموز احتمالاً در گوش داخلی کبوترها قرار دارد.

حس پنهان مغناطیس‌پذیری یا توانایی تشخیص میدان مغناطیسی زمین، به‌نظر می‌رسد که مستقیماً با سیستم تعادل بدن ارتباط دارد.

سرنخ‌های مغزی آشکار می‌شوند

پژوهشگران با قرار دادن کبوترها در معرض پالس‌های مغناطیسی کنترل‌شده و اسکن کامل مغز، بررسی کردند که کدام نواحی مغزی فعال می‌شوند. به‌جای حدس‌زدن محل قطب‌نما، اجازه دادند نورون‌های خود پرنده مسیر را نشان دهند.

رهبری این پروژه را «دیوید کیز»، عصب‌شناس دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان مونیخ (LMU) برعهده داشت؛ کسی که تخصص او ترکیب سرنخ‌های تعادلی، بینایی و مغناطیسی در ناوبری حیوانات است.

با استفاده از نقشه‌برداری سه‌بعدی فعالیت مغزی، تیم پژوهشی یک غربالگری جامع برای یافتن نورون‌های واکنش‌دهنده به تحریک مغناطیسی انجام داد.

دو نقطه کلیدی در مغز

• یک نقطه داغ در هسته دهلیزی میانی شناسایی شد؛ بخشی که حرکت سر را پردازش می‌کند.
• نقطه دوم در مزوپالیم پشتی-دمی قرار داشت؛ بخشی که در پیوند دادن احساسات به تصمیم‌ها نقش دارد.

این دو ناحیه در کنار هم مسیری را شکل می‌دهند که اطلاعات مغناطیسی را از گوش داخلی به شبکه‌های برنامه‌ریزی حرکت منتقل می‌کند.

کبوترها چگونه میدان مغناطیسی را حس می‌کنند؟

درون جمجمه کبوتر سه کانال نیم‌دایره‌ای پر از مایع قرار دارد که بخشی از گوش داخلی هستند و چرخش سر را تشخیص می‌دهند.

تحقیقات جدید نشان می‌دهد همین ساختارها سلول‌هایی دارند که قادرند سیگنال‌های الکتریکی بسیار ضعیف ناشی از تغییرات میدان مغناطیسی را دریافت کنند.

مطالعات قبلی روی گوش داخلی کبوتر، این احتمال را مطرح کرده بود که برخی سلول‌های مویی به‌عنوان حسگرهای الکترومغناطیسی بسیار کوچک عمل می‌کنند. یافته‌های تازه نشان می‌دهد که نوعی از سلول‌های مویی نوع دوم در بخش «کریستا» کانال‌ها، ابزار مولکولی لازم برای انجام این کار را دارند.

«سلول‌هایی که توصیف می‌کنیم به‌طور ایده‌آل برای تشخیص میدان مغناطیسی از طریق القای الکترومغناطیسی ساخته شده‌اند.» — دیوید کیز

القای الکترومغناطیسی — یعنی تولید جریان الکتریکی در اثر تغییر میدان مغناطیسی — توضیح روشنی برای نحوه شکل‌گیری این سیگنال‌ها ارائه می‌دهد.

وقتی پالس مغناطیسی از مایع گوش عبور می‌کند، جریان‌های بسیار کوچک را در غشای همین سلول‌های تخصص یافته ایجاد می‌کند.

شباهت ابزارهای الکتریکی در کبوترها، کوسه‌ها و سفره‌ماهی‌ها

کوسه‌ها و سفره‌ماهی‌ها از اندام‌های خاصی برای تشخیص میدان‌های الکتریکی ضعیف در آب برای یافتن شکار استفاده می‌کنند.

مطالعات نشان داده است که سلول‌های مویی گوش داخلی کبوترها نیز از کانال‌های کلسیمی وابسته به ولتاژ بهره می‌برند؛ مشابه نوعی که در الکتروگیرنده‌های کوسه‌ها وجود دارد.

این شباهت مولکولی نشان می‌دهد که تکامل شاید یک حس الکتریکی باستانی را برای نقش جدید مغناطیسی در پرندگان بازآفرینی کرده باشد.

سیگنال‌های این سلول‌ها از مسیرهای دهلیزی که معمولاً چرخش و وضعیت سر را گزارش می‌کنند عبور می‌کند و اطلاعات مغناطیسی را به همان مدارهای تعادلی اضافه می‌کند.

ترکیب اطلاعات مغناطیسی گوش و چشم

«داده‌ها نشان می‌دهد یک قطب‌نمای تاریک در گوش داخلی وجود دارد.» — کیز

او تأکید می‌کند که احتمالاً سازوکارهای دیگری نیز به حس مغناطیسی در پرندگان کمک می‌کنند.

بررسی‌های گسترده نشان داده‌اند که پروتئین‌های حساس به نور در چشم، به‌نام کریپتوکروم‌ها، تحت تأثیر میدان‌های مغناطیسی قرار می‌گیرند.

این فرایند با مکانیسم «جفت رادیکالی» توضیح داده می‌شود؛ پدیده‌ای کوانتومی که رفتار الکترون‌های جفت‌شده را در میدان‌های متفاوت تغییر می‌دهد.

حساسیت چشم به میدان مغناطیسی در شرایط خاص

در برخی پرندگان مهاجر، کریپتوکروم‌های شبکیه حساسیتی نشان می‌دهند که دقیقاً با عملکرد ناوبری شبانه آن‌ها همخوانی دارد.

این قطب‌نمای چشمی تنها در شدت و رنگ‌های مشخصی از نور کار می‌کند؛ ویژگی‌ای که با نقش جهت‌یابی آن تناسب دارد.

ترکیب دو مسیر — چشم و گوش — به پرنده امکان می‌دهد که اطلاعات مغناطیسی را در شرایط مختلف یا زمان‌های متفاوت روز با یکدیگر تطبیق دهد.

وقتی نور کم یا نامناسب باشد، گوش نقش بیشتری دارد؛ اما در شرایط روشن، سیگنال‌های چشم دقیق‌تر عمل می‌کنند.

کبوترها بر سیگنال‌های بسیار ضعیف تکیه می‌کنند

سه نظریه اصلی درباره منشأ حس مغناطیسی وجود دارد: مواد معدنی مغناطیسی، شیمی حساس به نور و القای الکترومغناطیسی.

مطالعه جدید بافت گوش داخلی کبوتر، جزئیات کمیاب و بی‌سابقه‌ای برای مسیر القایی ارائه می‌دهد، اما سایر فرضیه‌ها ممکن است در گونه‌ها یا بخش‌های دیگر بدن فعال باشند.

پژوهش‌های پرنفوذ اشاره می‌کنند که حیوانات معمولاً سیگنالی «ضعیف و پرنویز» از میدان مغناطیسی دریافت می‌کنند، نه یک قطب‌نمای دقیق.

این سیگنال، نسبت به سایر حس‌ها، بسیار ضعیف است و برای همین حیوانات باید آن را میانگین‌گیری کنند و با نشانه‌های دیگر مانند بوها، ستاره‌ها یا نشانه‌های زمینی ترکیب کنند.

این موضوع باعث می‌شود آزمایش‌ها دشوار باشد، زیرا تغییرات بسیار کوچک در دما یا شرایط نگهداری می‌تواند پاسخ مغناطیسی را مختل کند.

گوش داخلی؛ سرنخی مشخص برای رمزگشایی حس مغناطیسی

یافتن یک مسیر مشخص در گوش داخلی، هدفی واضح برای پژوهش‌های ژنتیکی، فیزیولوژیک و مدل‌سازی فراهم می‌کند.

اکنون پژوهشگران می‌توانند بررسی کنند:

• کدام ژن‌ها مسئول شکل‌گیری این سلول‌های مویی هستند
• این سلول‌ها در مراحل رشد چگونه تغییر می‌کنند
• آیا پرندگان دیگر یا حتی پستانداران، ماهی‌ها یا حشرات، حسگرهای مشابهی دارند

درک این‌که هر گروه جانوری از کدام راهبرد استفاده می‌کند، می‌تواند توضیح دهد چرا برخی گونه‌ها ناوبری حیرت‌انگیزی دارند و برخی کمتر به نقشه‌های مغناطیسی وابسته‌اند.

نتایج تازه درباره کبوترها همه معما را حل نمی‌کند، اما مسیرهای دقیق‌تر و قابل‌اندازه‌گیری‌تری را پیش روی زیست‌شناسان قرار می‌دهد.

این مطالعه نشان می‌دهد حس مغناطیسی احتمالاً همانند سایر ورودی‌های فیزیکی، تنها یک سیگنال طبیعی دیگر است که مغز آن را پردازش می‌کند.

این پژوهش در مجله Science منتشر شده است.

اگر این موضوع برایتان جذاب بود، دیدگاه‌تان را در بخش نظرات بنویسید یا مقاله را برای دوستان علاقه‌مند ارسال کنید.