I piccioni si orientano usando sensori magnetici nel fegato

Le cellule immunitarie ricche di ferro potrebbero aiutare gli uccelli a rilevare il campo magnetico terrestre.

 

 

Come i piccioni volano per centinaia di chilometri e riescano ancora a tornare a casa ha da tempo affascinato le persone.

Ora, i ricercatori affermano che una risposta sorprendente potrebbe essere nascosta, non nel cervello o negli occhi degli uccelli, ma nel fegato.

Uno studio pubblicato su Science suggerisce che cellule speciali nel fegato dei piccioni possono percepire il campo magnetico terrestre, conferendo agli uccelli una bussola interna.

Le cellule speciali, note come “macrofagi”, sono cellule immunitarie che degradano i vecchi globuli rossi.

Come parte di questo processo, accumulano ferro, conferendo loro proprietà quantistiche che possono permettere loro di rispondere ai campi magnetici. Senza queste cellule intate, i piccioni non potrebbero tornare a casa, mostra lo studio.

“Non ci aspettavamo che le cellule immunitarie agissero come sensori per i campi magnetici. I nostri risultati rivelano un meccanismo precedentemente sconosciuto per la percezione magnetica negli animali,” afferma il Prof. Christian Kurts, Direttore dell’Istituto di Medicina Molecolare e Immunologia Sperimentale dell’Ospedale Universitario di Bonn e uno dei co-autori senior dello studio.

“Quello che sembra un ‘presentimento viscerale’ nella navigazione degli uccelli potrebbe in realtà avere una base fisica”, aggiunge il Prof. Martin Wikelski, Direttore del Max Planck Institute of Animal Behavior e altro co-autore senior dello studio.

La fonte del rilevamento magnetico

Per decenni, gli scienziati sanno che gli uccelli migratori e i piccioni viaggiatori dipendono in parte dal campo magnetico terrestre per orientarsi.

Ma esattamente come lo rilevino rimane uno dei misteri irrisolti della biologia.

Teorie concorrenti hanno suggerito che gli uccelli potrebbero “vedere” i campi magnetici attraverso molecole sensibili alla luce nell’occhio, o rilevarli usando minuscole particelle magnetiche nel becco.

Nessuno ha mai trovato un supporto sperimentale convincente.

Il nuovo studio propone un meccanismo diverso per il rilevamento magnetico, supportato da una combinazione di test di laboratorio ed esperimenti comportamentali.

Il team includeva immunologi dell’Università di Bonn e dell’Ospedale Universitario di Bonn; fisici dell’Università di Duisburg-Essen; e ornitologi presso il Max Planck Institute of Animal Behavior (MPI-AB).

Per identificare dove si trovano le cellule magnetiche nei piccioni, i ricercatori hanno utilizzato tecniche note come “magnetometria del campione vibrante” e “separazione delle cellule magnetiche” per selezionare organi ritenuti coinvolti nella percezione magnetica, inclusi occhi, becco e cervello. Hanno anche esaminato fegato e milza.

“Avevamo alcuni indizi che fegato e milza hanno proprietà magnetiche, perché degradano i globuli rossi e quindi immagazzinano molto ferro nel corpo”, afferma la prima autrice, la dottoressa Clivia Lisowski, dell’Università di Bonn e dell’Ospedale Universitario di Bonn, che ha guidato il lavoro immunologico.

I risultati hanno supportato questa idea. Di tutti i tessuti esaminati, il fegato mostrava la concentrazione più alta di ferro.

“Il ferro si cristallizza in nanoparticelle ossili, rendendo le cellule superparamagnetiche e reattive ai campi magnetici. Abbiamo trovato di gran lunga la risposta magnetica più forte nel tessuto epatico,” aggiunge il Prof. Ulf Wiedwald, dell’Università di Duisburg-Essen.

Ulteriori analisi hanno identificato i macrofagi nel fegato come cellule responsabili.

Dal sensore alla navigazione

Per verificare se i macrofagi epatici avessero un ruolo nella navigazione, il team ornitologico condusse esperimenti su piccioni addestrati a tornare da distanze superiori a venti chilometri fino al loro aviario presso l’MPI-AB di Costanza, Germania.

Dopo la rimozione dei macrofagi, i piccioni persero il senso dell’orientamento nelle giornate nuvolose in cui il sole era offuscato.

Quando il sole era visibile, però, i piccioni riuscivano a tornare a casa, probabilmente usando segnali solari.

Insieme, questi risultati illustrano il meccanismo di come gli uccelli utilizzano il sensore magnetico, oltre all’orientamento del sole, per la navigazione.

Con prove che queste cellule influenzano la navigazione, i ricercatori hanno poi cercato come i segnali provenienti dal fegato potessero essere trasmessi.

La microscopia elettronica ha mostrato che i macrofagi ricchi di ferro si trovano vicino alle fibre nervose, suggerendo un percorso per l’informazione magnetica che raggiunge il cervello.

Lisowski afferma: “Questi risultati forniscono la prima prova concreta di come il campo magnetico terrestre possa essere percepito all’interno del corpo e trasmesso al cervello per guidare il movimento.”

Lo studio riunisce processi biologici noti, tra cui il metabolismo del ferro e il modo in cui i sistemi immunitario e nervoso comunicano, in una risposta chiara alla domanda fondamentale di come gli animali si muovono.

“La navigazione animale è uno dei fenomeni più affascinanti della natura”, afferma Wikelski.

“Se le cellule immunitarie facessero parte di come gli uccelli percepiscono la direzione, cambierebbe radicalmente il modo in cui comprendiamo la navigazione.”

Rimangono molte domande, in particolare come i segnali provenienti da queste cellule vengano elaborati nel cervello.

Oltre agli uccelli, queste scoperte potrebbero avere implicazioni per animali come gli squali che si muovono senza luce.

È possibile che altri animali, e forse anche gli esseri umani, rispondano ai campi magnetici in modi ancora non compresi.

Immagine: Christian Ziegler/ Max Planck Institute of Animal Behavior