Орнітологи і фізики СПбДУ разом з колегами з Інституту еволюційної фізіології та біохімії імені І. М. Сеченова РАН і біостанції «Рибалка» Зоологічного інституту РАН провели міждисциплінарне дослідження. Вони створили мініатюрний прилад вагою трохи менше грама, що дозволяє локально «глушити» магнітний компас птахів, і з'ясували, що магніторецепція навряд чи пов'язана з білком криптохромом у сітківці їх очей. Раніше саме йому приписували унікальні здібності птахів орієнтуватися по магнітному полю Землі. Результати дослідження опубліковані в журналі Scientific Reports.
Сьогодні магнітний орган, що дозволяє перелітним птахам визначати північ і південь, все ще залишається для вчених загадкою: експерименти показують, що він точно є, але ніхто не розуміє, де він локалізований і як працює.
Відомо, що птахи для орієнтації в просторі використовують відразу кілька джерел інформації: сонце, зірки, ландшафт, запахи, а також параметри геомагнітного поля, що дозволяють визначити напрямок (магнітний компас) і, можливо, місце розташування (магнітна карта).
Ще відомо, що, якщо впливати на все тіло птиці слабким змінним магнітним полем в мегагерцевому діапазоні, то робота компаса порушиться. Крім того, в 2018 році міжнародна група дослідників, куди увійшли вчені СПбДУ, з'ясувала, що інформація про магнітне місце розташування передається в мозок птиці по очинковій гілці трійничного нерва. Нерв є, функція є, проте сам рецептор все ще не знайдений.
Одна з теорій, що пояснює унікальну здатність перелітних птахів, пов'язана з властивостями криптохрому - цей білок знаходиться в сітківці очей птахів і деяких інших тварин. Залежно від впливу магнітного він поля здатний по-різному поводитися у фотохімічних перетвореннях.
З його допомогою, як припускають деякі дослідники, птах може в буквальному сенсі бачити магнітне поле. Щоб перевірити, чи дійсно магнітний компас пов'язаний з очима, вчені СПбДУ вирішили направити саме на цю область змінне магнітне поле, яке теоретично має збити з пташиний компас.
"Ми розробили мініатюрний пристрій вагою всього 0,95 грама, який складається з мікрогенератора - він створює змінний струм на високій частоті, а також маленьких індукційних котушок - вони створюють високочастотне магнітне поле, - розповів провідний науковий співробітник лабораторії оптики спину імені І. Н. Уральцева СПбГУ Кирило Кавокін. - Оскільки котушки дуже маленькі, магнітне поле можна локально прикласти до верхньої передньої частини черепа птиці, де знаходяться очі. Зробити такий прилад було непросто, до того ж ми довго підбирали клей, який не шкодив би птаху і надійно утримував конструкцію. Ним виявився клей для ресниць ".
Мікрогенераторами як рюкзачками забезпечили 22 садові славки. Це невеликі пташки, поширені по всій території Європи, які на час зимівлі відлітають до Африки.
Перехоплювали їх на шляху до південних квартир на початку осені - на біостанції «Рибалка» на Куршській косі в Калінінградській області. Після серії експериментів виявилося, що птахи як з увімкненими генераторами, так і з вимкненими поводяться однаково: поміщені в спеціальні круглі клітини без доступу до видимих орієнтирів вони все-таки стрибають у тому напрямку, куди полетіли б, якби були вільні, - на південний захід.
А якщо змінне поле прикладалося до всього тіла птиці, коли клітку з нею поміщали у велику стаціонарну котушку, тварина повністю втрачала здатність визначати напрямок.
"Цей несподіваний результат ставить під сумнів панівну фотохімічну теорію магнітного компасу птахів, - пояснила один з провідних авторів дослідження, доцент кафедри зоології хребетних СПбДУ Юлія Бояринова. - Принаймні, він говорить про те, що у птахів є інші сенсорні системи, чутливі до слабких високочастотних магнітних полів, а це значним чином змінює існуючі уявлення про біофізику і нейрофізіології магніторецепції ".
Під час наступних експериментів вчені хочуть вивчити й інші місця на тілі птиці, де, можливо, ховається компас: деякі дослідження говорять, що це може бути верхня частина дзьоба, а також лагена - частина внутрішнього вуха птиці. Щоб перевірити нові теорії, експериментатори зможуть скористатися цими ж міні-пристроями - доведеться тільки трохи змінити індукційні котушки.
"Зараз наш інтерес в основному фундаментальний - він пов'язаний з цікавістю, тому що магнітний компас птахів - це все ще невирішена загадка, - зазначив Кирило Кавокін. - Однак є шанс, що вирішення цього фундаментального завдання допоможе в майбутньому створити нові безспутникові навігаційні системи. Адже птахи завжди знають, куди летіти, і супутники їм для цього не потрібні ".
Дослідження підтримане грантом РНФ № 16-14-10159.