Holubi magnetické pole „slyší“?  
Texaští neurobiologové na základě svých studií předpokládají, že receptor pro navigaci podle magnetického pole mají ptáci ve vnitřním uchu.

 

Zvětšit obrázek
Vnější pohled na membránovité labyrinty v levém uchu a/kostnaté ryby, b/žáby, c/ptáka a d/savce. Podle A. S. Romer, The Vertebrate Body, 3d ed., Saunders, 1962

Před několika dny se v britském odborném časopisu Nature objevil článek, v němž mezinárodní tým vědců vážně zpochybnil teorii, že ptáci mají v zobácích magnetoreceptor fungující na principu orientace krystalků ferimagnetických železitých biominerálů tvořících malé uspořádané struktury uvnitř dendritických výběžků neuronů. Podle nových výzkumů tyto droboučké krystalky jsou buněčná skladiště železa uvnitř speciálních bílých krvinek - makrofágů.

 

Nyní, téměř jako odezva na tuto publikaci, konkurenční americký časopis Science zveřejnil studii  Le-Qing Wua a Davida Dickmana z Baylorovy lékařské fakulty (Baylor College of Medicine) v texaském Houstonu. Dvojice neurobiologů sérií pokusů na holubech podpořila jednu z dalších diskutovaných teorií, jejichž jsou zastánci a která předpokládá, že těmto ptákům by v jejich obdivuhodné orientační schopnosti mohl pomáhat magnetický senzor ukrytý v jejich vnitřním uchu. Autoři soudí, že detektor, kde nervové vzruchy vnikají, by mohl sídlit v lageně, v kochleární dutině kostěného výběžku, který mají ryby, obojživelníci, plazi i obratlovci kromě placentárních savců. Těm - tedy i nám - se evolucí z lageny vyvinul hlemýžď (kochlea), spirálovitě stočená dutina vyplněná tekutinou - perilymfou, jež přenáší vibrace ze středního ucha na jemným vláskům podobné buňky. Jejich pohyb aktivuje nervové signály, jež pak příslušné mozkové centrum transformuje na sluchové vjemy.

Zvětšit obrázek
Každý holub byl umístěn ve tmě do středu Helmholtzových cívek a zafixován tak, aby nemohl hýbat hlavou. Pomocí elektrického proudu vědci měnili pole tak, aby výsledný vektor se postupně pohyboval v jedné ze čtyř znázorněných rovin (1 otočka = 3,6 sec). Tento pohyb v rovině označené šedou barvou znázorňuje příslušný sloupec křivek měnící se intenzity podél os x, y, z (měřené magnetometrem). V druhém řádku je frekvence neuronálních impulzů a ve třetím 1000 x zesílený a filtrovaný signál celkové neuronální aktivity snímaný elektrodami v sledované mozkové oblasti. Kredit: L.-Q. Wu a D. Dickman, Science 2012

 

V nezkroucené, relativně malé dutině kochleárního výběžku, v lageně ptačího (i rybího) vnitřního ucha se před více než desetiletím japonským vědcům podařilo objevit zrníčka železitého magnetického biominerálu, což samozřejmě nabídlo možné řešení – jejich pohyb a orientace by mohly být zdrojem vnímání magnetického pole. Ani po deseti letech se ale takový mechanizmus nenašel. Kdyby ale existoval, musely by se změny magnetického pole nějak projevit v aktivitě v příslušné oblasti mozku. Aby američtí neurologové mohli takovou odezvu zaznamenat, implantovali do mozku sedmi holubům (Columba livia) epoxidovou vrstvou potažené elektrody z nemagnetického (slabě paramagnetického) wolframu. S měřícími přístroji byly propojeny přes umělohmotnou čepičku, která umožňovala fixaci hlavy a při pokusech zabraňovala jejímu pohybu. Aby vědci vyloučili vliv zrakových podnětů, experimenty probíhaly v tmavé místnosti, kde holuba umístili do středu Helmholtzových cívek, jimiž pomocí elektrického proudu regulovali magnetické pole. V sérii testů měnili jeho intenzitu na hodnoty 20, 50, 100 a 150 mikrotesla (geomagnetické pole na rovníku má asi 20 µT, u pólů 65 µT), ale zejména jeho směr tak, že rotovali vektorem magnetické indukce postupně ve čtyřech rovinách – vodorovné, kolmé a dvou šikmých, skloněných pod úhlem 45° od horizontály i vertikály. Polohu rovin si můžeme představit jako řezy pomerančem, když ho chceme rozkrájet na 8 stejných měsíčků.


Většina pokusů probíhala při magnetické intenzitě 100 µT, což je dvojnásobek přirozeného magnetického pole v našich zeměpisných šířkách. Měření odhalila zvýšenou aktivitu neuronů ve vestibulárních jádrech mozkového kmene (ve středním a sestupném), kam přicházejí a vyhodnocují se podněty z vnitřního ucha, které živočichům umožňuje nejen slyšet, ale i vnímat polohu hlavy a těla. Na změny pole reagovala také část neuronů jádra tractus solitarius, jenž vyhodnocuje chuťové podněty, spolupracuje s trávící soustavou, čichem i s některými motorickými funkcemi. Vedou do něho nervy lícní, jazykohltanový a bloudivý.

 

Aktivita neuronů v této oblasti mozkového kmene se podle výsledků mění v závislosti od směru okolního magnetického pole (obr. vpravo), jehož intenzita by měla být alespoň 50 µT, jinak je odezva podstatně slabší. Je to důkaz, že když ne zobák nebo oko, pak vnitřní ucho opeřenců ukrývá magnetický biokompas umožňující orientaci v geomagnetickém poli? Dá se tedy říci, že jsme k odhalení tajemství obdivuhodné schopnosti ptáků o velký krok blíže?

 

Navzdory přesvědčivým výsledkům, jistá dávka skepse bude bezpochyby namístě. Opravňují k ní závěry staršího výzkumu, které v roce 1972 v časopisu Nature New Biology publikoval Hans G. Wallraff z Ústavu Maxe Plancka pro behaviorální fyziologii (Max-Planck-Institut für Verhaltensphysiologie) v německém městečku Seewiesen über Starnberg. Tamní biologové provedli zajímavé testy, jimž ani čtyřicet let neubralo na zajímavosti a výpovědní hodnotě. K experimentům je motivovala v tom čase rozšířená hypotéza, že ptačí orientační schopnost může souviset s vnímáním změn tlaku vzduchu a že se příslušný receptor nachází v orgánu sluchu, přesněji v lageně vnitřního ucha. Proto ji spolu s kochleárním výběžkem, v němž je uzavřena, čtrnácti holubům chirurgicky odstranili. Po rekonvalescenci ptáky přemístili zpět do holubníku, odkud mohli spolu s ostatními volně vyletět do okolí. O sluch ochuzeným pokusným jedincům vědci z chovu vybrali čtrnáct zdravých ptáků tak, aby mohli vytvořit dvojice - holub z pokusné skupiny a holub z kontrolní skupiny - přibližně stejného stáří a „leteckých“ zkušeností.

 

Zvětšit obrázek
Směry, kterými ptáci odletěli po vypuštění: A/ z místa vzdáleného 151 km na jiho-jihozápad, B/ z místa vzdáleného 159 km na východo-severovýchod. Dvojitá šipka a číslo vně kruhu označuje přímý směr k holubníku. Červeně jsou označeny směry letu operovaných pokusných holubů, zeleně zdravých jedinců z kontrolní skupiny. Chybějící lagena způsobila hluchotu, ale ne prostorovou dezorientaci. Úsečky znázorňují průměrný počáteční směr letu ptáků v jednotlivých skupinách, kroužek označuje první vypuštění, čtvercem druhé (ptáci absolvovali lety z obou míst). Podle H.G.Wallraff, Nature New Biology, vol. 236, 1972.

Všech 28 ptáků se pak účastnilo 22kilometrového tréningového letu, po němž je čekaly složitější úkoly. Polovinu „párů“ tedy sedm hluchých a sedm zdravých jedinců vědci převezli směrem na jiho-jihozápad do vzdálenosti 151 kilometrů od holubníku. Druhou polovinu na východo-severovýchod do vzdálenosti 159 km. Holuby pak vypouštěli jednotlivě v intervalech, které zabraňovaly vzájemnému ovlivňování. Každého ptáka sledovali dalekohledem dokud byl v dohledu a  zaznamenali tento počáteční směr jeho letu. „Doma“, u holubníku, měřili časy příletů. Ti ptáci, kteří se úspěšně vrátili, byli odměněni účastí na tom druhém experimentu – tedy absolvovali let téměř z opačného směru než předtím. Navzdory očekávání obě skupiny – testovaní hluší ptáci i jejich zdraví partneři z kontroly – si počínali podobně, ti zdraví v počáteční orientaci dokonce o maličko hůř - v úvodním směru letu, dokud se neztratili ze zorného pole, chybovali o něco více: průměrná odchylka od správného směru byla v testu „151 km ze směru JJZ“ u testovaných holubů 10°; v kontrolní skupině až 21°. V testu "159 km ze směru VSV" hluší ptáci odlétali odkloněni od správného směru v průměru o 28°, zdraví o 38°. V dobách příletů, které se pohybovaly v rozpětí od tří hodin až po několik týdnů(!) se žádné podstatné rozdíly mezi oběma skupinami neprojevily. Po druhém pokusu scházelo z původního počtu čtrnácti testovaných holubů šest jedinců a ze stejně velké kontrolní skupiny pět, kteří se domů nevrátili.

Ze zbylých testovaných holubů s vyoperovanou lagenou pak vědci vybrali čtyři a vypustili je ve vzdálenosti 650 km jiho-jihovýchodně od holubníku. Žádný z ptáků předtím tak dlouhou vzdálenost nepřekonával. Jejich počáteční směr letu se od toho správného odchyloval o 5°, 20°, 25°a 50°. První se doma objevil po dvou týdnech, další asi o pět dnů později (přesný přílet se nepodařilo zaznamenat), třetí, který mohl být nejúspěšnější, byl den po vypuštění nalezen zraněn jenom 167 kilometrů od holubníku, což znamená, že za asi 15 hodin denního letu proletěl v podstatě správným směrem 460 km. Čtvrtý nedoletěl vůbec.

 

Zvětšit obrázek
Magnetický kompas (i případný biokompas) může nabídnout dva parametry – směr k magnetickému severu a lokální inklinaci, tedy sklon tečny k magnetické siločáře v daném místě. Bez dalších informací to neumožňuje určit směr východ – západ.

Protože není důvod pochybovat, že by se vědcům před 40 lety nepodařilo kochleární aparát (lagenu) z vnitřního ucha holubů správně vyoperovat, výsledky jejich experimentů velmi zpochybňují současnou představu texaských neurologů o magnetoreceptoru ukrytém právě v této dutině. Vyřazení její funkce orientační schopnosti neovlivnilo. Tento starší pokus má pro nás ještě jedno důležité poselství – ovlivněni selektovanými informacemi máme dojem, že holub převezený na neznámé místo po vypuštění jenom zakrouží, zorientuje se a neomylně zamíří správným směrem. Chovatelé o tom jistě vědí více, ale u zmíněného pokusu i zdraví ptáci odlétali různými směry a po druhém letu z neznámého místa vzdáleného něco přes 150 kilometrů jich chybělo 39 %. Experimenty, až na ten závěrečný dálkový 650kilometrový let, kdy se počasí zhoršilo, probíhaly za klidných slunečných, téměř bezvětrných dní. Navíc překvapivě obrovský rozdíl v době návratu jednotlivých holubů (3 hodiny až týdny) naznačuje, že i když se ptáci dokáží i v neznámém prostoru obdivuhodně orientovat, pravděpodobně pro výkony poštovních holubů potřebují výcvik a asi jde o jedince z chovů selektivním výběrem šlechtěných na požadovanou schopnost. Dalším faktem, který stojí za povšimnutí, je, že ať již se holubi řídí pohybem Slunce po obloze, nebo geomagnetickým polem, případně obojím, východo-západní směr jim dělá větší problémy, což je celkem pochopitelné a logické. Chybovost počátečních směrů u pokusu, kdy se měli vracet z východo-severo-východního směru byla podstatně větší, než u pokusu, kdy letěli z jiho-jihozápadu. Magnetický kompas neumožňuje orientaci podél rovnoběžek, na to je nutné poznat, kde je geografický sever, tedy například mít schopnost vnímat polohu Slunce promítnutou do citlivě vyladěného cirkadiálního rytmu, jenž nahrazuje naše hodinky.

 

Šlechtěním můžeme získat linii s neočekávanými schopnostmi - na videu salta předvádějící holubi birmingham rollers

 

 

 

Zdroje: Nature 1972, Science 2012

Autor: Dagmar Gregorová
Datum: 05.05.2012 14:22
Tisk článku

Navigace - Barlett Tim
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 399 Kč
cena: 339 Kč
Navigace
Barlett Tim

Diskuze:

Žádný příspěvek nebyl zadán



Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni