V ptačích zobácích magnetoreceptory nejsou  
... jak se doposud předpokládalo. Sloučeniny železa, jež měly pomáhat ptákům orientovat se podle geomagnetického pole, patří makrofágům, a ne výběžkům neuronů.

 

Zvětšit obrázek
Nejmodernější zobrazení detailní struktury holubího zobáku. Magnetická rezonance zviditelňuje vnější měkké tkáně (fialová) a počítačová mikrotomografie pevné kosti (žlutá). Kredit: UCL Centre for Advanced Biomedical Imaging / M. Lythgoe, J. Riegler

„Zvířata využívají magnetické pole Země pro navigaci a regulaci vegetativních funkcí, nicméně anatomický a fyziologický základ pro tento magnetický smysl nebyl doposud objasněn. Naše nynější výsledky z histologických a rentgenologických analýz podporují hypotézu, že drobné, železo obsahující struktury v povrchové vrstvě horní části zobáku poštovních holubů mohou sloužit jako biologický magnetometr. Histologie mezi dendrity trojklaného nervu objevila místa s výskytem železa a jejich uspořádání podél vláken axonů, dále pak existenci tří dendritických oblastí na každé straně zobáku se specifickou trojrozměrnou orientací i dvoustrannou symetrii celého systému,“ uvádí v abstraktu článku, jenž před pěti lety, v březnu 2007, vyšel v časopisu Naturwissenschaften, čtveřice německých biologů z Univerzity J. W. Goetheho ve Frankfurtu nad Mohanem. Manželé Fleissnerovi se svými kolegy Brankem Stahlem a Petrem Stalauhem a ve spolupráci s Geraldem Falkenbergem z HASYLABu, Hamburské laboratoře pro synchrotronové záření, velice přesvědčivě prokázali, že tajemství navigace holubů se ukrývá v horní části zobáku, v jehož povrchové vrstvě se nacházejí místa s koncentrací neuronových výběžků - dendritů, které obsahují jakési podélné struktury z uspořádaných biominerálních mikrozrníček oxidů převážně trojmocného železa. Uprostřed každé z těchto struktur sídlí kulovitá větší vezikula (měchýřek) obalená železitými nanočástečkami. Protože záhada orientace nejen poštovních holubů, ale i stěhovavých ptáků je znepokojivě vzrušující, objev německých biologů nezůstal bez povšimnutí, protože nabízel jedno z nejlepších vysvětlení a neopíral se jenom o statistické vyhodnocení behaviorálních pokusů.

(Článek v Naturwissenschaften nebyl první svého druhu, obdobný, také o magnetorecepci holubům, uveřejnili manželé Fleissnerovi již dříve, v roce 2003, v časopisu The Journal of Comparative Neurology.)

Zvětšit obrázek
Obrázek z původního výzkumu dendritických magnetoreceptorů v horních částech ptačích zobáků: (A–D) dendrity mají podobný obraz ve světelném mikroskopu, bez ohledu na ptačí druh: A- holub, B- pěnice slavíková, C- červenka obecná, D- kur domácí. V oblasti s délkou 20 až 30 µm lze vidět několik na železo bohatých struktur s průměrem asi 1 mikrometr s kulovitou vezikulou (měchýřkem) uprostřed. E: obecný schematický náčrt dendritu obsahujícího strukturu s krystalky oxidů železa a centrální vezikulou. F: Svazek axonů s několika železo obsahujícími dendrity, které jsou uspořádané podélně. Kredit: G. Falkenberg et al., PLoS ONE 5(2): e9231. doi:10.1371/journal.pone.0009231


Frankfurtští vědci motivováni úspěchem a podpořeni grantem se spojili s kolegy z jiných německých universit a magnetoreceptory začali hledat i u jiných druhů ptáků. Našli a překvapivé výsledky studií prezentovali na konferencích a zveřejnili v odborných publikacích. I pro média je to velmi zajímavé téma, a tak se do povědomí veřejnosti rozšířila mnohokrát opakovaná informace, že ptáci se řídí magnetickým polem Země a receptory pro tento zvláštní smysl mají v zobáku a/nebo v očním pigmentu.


Před dvěma lety, v únoru 2010, vyšel v odborném časopisu PLoS ONE článek, v němž ti samí němečtí vědci prokazují, že stejně jako poštovní holubi, železité biominerály obsahující dendritické struktury mají v zobácích i jiní ptáci. A to nejen ti, kteří se pravidelně stěhují na velké vzdálenosti, jako v Africe zimující pěnice slavíková (Sylvia borin), ale i ti, kteří létají na podstatně kratších trasách, jako v rámci Evropy migrující červenka obecná (Erithacus rubecula), a dokonce je mají i usedlejší druhy, třeba domácí slepice, přesněji kur domácí (Gallus gallus domestica), jenž je pravděpodobně potomkem také nemigrujícího asijského kura bankivského (Gallus gallus).


To samozřejmě vede k představě, že magnetoreceptory v ptačích zobácích jsou asi běžně se vyskytujícími senzory, a tedy se vyvinuly kdysi velmi dávno u nějakého společného prapředka, možná již za dob dinosaurů. Pro úplnost je dobré dodat, že u ptáků, například u zmíněné červenky, byl odhalen ještě jeden biokompas – směr (i sklon) magnetického pole odrážející chemicko-fyzikální procesy probíhající v očním světločivém proteinu - kryptochromu.


Jenže u obou zmíněných zajímavých biomagnetických senzorů chybí podrobnější vysvětlení jejich funkce. Nejnovější číslo prestižního časopisu Nature navíc přináší závažné a věrohodně zdůvodněné zpochybnění magnetoreceptoru v ptačím zobáku, konkrétně u nejrozšířenějších holubů druhu Columbia livia (holub domácí). To, co němečtí vědci považovali za struktury ve výběžcích neuronů pomáhající ptačímu mozku sledovat změny parametrů okolního magnetického pole (což je celkem sofistikovaná záležitost), jsou podle dvanáctičlenného rakousko-britsko-francouzsko-australského týmu vedeného Christophem D. Treiberem z vídeňského Ústavu molekulární patologie makrofágy, tedy jistý typ buněk imunitního systému. Hlavním a velmi důležitým úkolem těchto pozměněných bílých krvinek je fagocytóza – pohlcování a trávení odumřelých buněk a případných patogenů. V abstraktu článku je stručné shrnutí výsledků nové studie: „Naše systematická charakterizace horního zobáku holuba identifikovala na železo bohaté buňky pod pokožkou ve stratum laxum (vrchní vrstva škáry, která se v kůži nachází pod vrchní pokožkou), v bazální oblasti respiračního epitelu (výstelky dýchacích cest) a ve vrcholech péřových folikulů (váčků v kůži, z nichž vyrůstají péra).

Schematické znázornění buňky makrofágu. V těle máme několik jejich druhů, podle toho v jakém orgánu vznikly proměnou monocytů, jistého druhu bílých krvinek. Buňka makrofágu má jádro, které bylo v předcházejících studiích považováno za vezikulu v dendritu schopného reagovat na změny magnetického pole. Kredit: Wikimedia

Pomocí trojrozměrné struktury holubího zobáku vytvořené magnetickou rezonancí a počítačovou tomografií jsme zmapovali umístění těchto buněk bohatých na železo a odhalili nečekané rozdíly v jejich distribuci a počtu – toto pozorování je v rozporu s možnou funkcí v magnetickém vnímání. Ultrastrukturní analýza těchto buněk, které nejsou jedinečné jenom pro zobák, prokázala, že nitrobuněčná stavba zahrnuje zrníčka podobná ferritinu (globulárního nitrobuněčného proteinu sloužícího jako zásobárna železa), siderosomy (typy na železo bohatých enzymů lysozomů), hemosideriny (nitrobuněčné sklady železa, na Fe bohatý pigment, který vzniká rozpadem červených krvinek) a filopodia (tenké výběžky cytoplazmatické membrány), což všechno jsou charakteristické rysy na železo bohatých makrofágů. Naše zjištění, že tyto buňky jsou makrofágy a ne magnetosenzitivní neurony, podporuje také imunohistologické vyšetření prokazující jejich společnou lokalizaci s antigen prezentujícími molekulami hlavního histokompatibilního komplexu třídy II (MHC II je typický pro B-lymfocyty, dendritické buňky a makrofágy). Z naší práce vyvstává požadavek obnoveného pátrání po skutečném, na magnetitu závislém magnetoreceptoru u ptáků.“

 

Ze speciálních, na magnetické pole reagujících a oxidy železa obsahujících struktur v dendritických výběžcích, které do mozku holuba vysílají signály a pomáhají mu v navigaci, se tedy nakonec vyklubal jistý typ bílých krvinek – makrofágy, jež tím, že kromě nebezpečných vetřelců požírají odumřelé buňky, a tedy i červené krvinky, hromadí, uskladňují a pomáhají recyklovat z hemoglobinu železo, jenž je na jedné straně pro organizmus životně důležité, ale na straně druhé může působit jako jed. To, co se v předcházejících studiích považovalo za jakýsi měchýřek, vezikulu, obalenou nanočástečkami železitých oxidů, je buněčné jádro makrofágu. Vezikula se z něho stala proto, že dendritický výběžek nervové buňky jádro nemá. Protože makrofágy nejsou schopny v okolních neuronech vyvolat elektrický signál, je velmi nepravděpodobné, že by mohly hrát nějakou roli ve vnímání magnetického pole a ovlivňovat chování ptáků. Navíc seskupení těchto ochranných sanačních buněk pod pokožkou na horní části zobáku jsou rozmístěna u každého jedince jinak a nepodléhají tak přesnému vzoru, jak se donedávna předpokládalo. A že se makrofágy vyskytují ve výstelce a okolí dýchacích otvorů, je celkem pochopitelné.


Tajemství, jak zvířata vnímají magnetické pole, se tím stalo ještě záhadnější,“ dodává David Keays, vedoucí laboratoře ve vídeňském Ústavu molekulární patologie, kde se výzkum uskutečnil. „Doufali jsme, že objevíme magnetické nervové buňky, neočekávaně jsme však našli tisíce makrofágů, každý naplněný drobnými kuličkami sloučenin železa."


Pomáhá ptákům magnetické pole v orientaci? Jestli ano, jak ho detekují a jak si uchovávají v paměti jeho změny? Některé studie naznačily, že někteří ptáci mají schopnost registrovat nejen směr sever-jih, na což konec konců stačí poloha slunce na obloze, nebo polarizace modré složky slunečního světla, ale vnímají i sklon vektoru magnetické polarizace, tedy jeho odchylku od vodorovné polohy. Inklinace pomáhá sledovat zeměpisnou šířku, deklinace, což je lokální odklon magnetického severu od geografického, může pomoci určit zeměpisnou délku. Oba parametry jsou sice pro magnetickou orientaci nevyhnutné, vyžadují však mít v mozku sofistikovaný „software“ a schopnost vytvářet a pamatovat si magnetické mapy. A to by byl i pro lidský mozek nadlidský úkol.


Zvětšit obrázek
Britská ornitologická společnost (British Trust for Ornithology) sleduje pomocí satelitních vysílaček pět kukaček. Na mapce jsou trasy jejich podzimního letu do Afriky. Každá kukačka si zvolila jinou cestu. Podle čeho? Vrátí se? Informace budou zveřejňovány na stránce BTO. Kredit: BTO

Mládě kukačky vychovají náhradní rodiče jiného druhu. Přesto na podzim dospělý pták sám odletí do afrického zimoviště bez ohledu na to, jestli svou dlouhou pouť začal v západní nebo východní Evropě, případně někde v Asii. Jak ví, kam má letět? Mapka na obrázku vpravo znázorňuje loňské podzimní migrační trasy pěti „britských“ kukaček. Rozptyl směrů letů nenaznačuje, že by ptáky navigovalo magnetické pole planety. Přesto koncem listopadu se všech pět jedinců nacházelo v deštných pralesích Konga. Jak to dokázali?
Proč i jiní stěhovaví ptáci, jako například brkoslavi severní, někdy mění „zalétané“ migrační trasy a jak se přitom „rozhodují“, kudy poletí? Magnetické pole tyto změny na svědomí jistě nemá.


Hledání správných odpovědí na otázky dálkových letů ptáků bude, zdá se, ještě delší a složitější, než se předpokládalo. I díky nejnovější studii zveřejněné v Nature. Je mnohem důležitější než opakování omylu stejného týmu v dalších publikacích, v nichž se rozvíjí a potvrzují nepřesné, případně zcela mylné závěry na novějších příkladech, u dalších druhů. Věda je systematický způsob hledání pravdy, proto nezávislé prověřování a vyvracení omylů k ní bytostně patří, i když je to často nepříjemné a těžko se s tím dotčení smiřují.


Kliknutím na následující obrázek se otevře stránka na flickr.com s prezentací obrázků a videí souvisejících s výzkumem uveřejněným v časopisu Nature:

 

 

Zdroje: UCL News, Nature

Datum: 25.04.2012 19:26
Tisk článku

Navigace - Barlett Tim
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 399 Kč
cena: 343 Kč
Navigace
Barlett Tim

Diskuze:




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni

















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace