Учёные обнаружили «компас» в голове птиц

Исследователи знали о геомагнитном компасе у перелётных птиц: в первый раз он был описан ещё 60 лет назад. Сейчас наука пришла к выводу, что он представляет собой набор магнитных сенсоров, с помощью которых птицы воспринимают наклон магнитных полей Земли к её поверхности. Птичий мозг обрабатывает эту информацию, что позволяет пернатым определять положения полюсов и экватора.

В качестве центрального звена, контролирующего этот компас, называют специализированный пул нейронов – Кластер N (Cluster N), который активируется только в сезон миграции и проявляет большую активность ночью. В ночное время мигрируют не все птицы. К числу таковых относятся, например, воробьи. Биологи уточняют, что такое поведение обусловлено тем, что хищники в ночное время менее активно охотятся, атмосфера в ночное время, как правило, менее турбулентная и температура воздуха ночью более холодная даже летом.

Кластер N, помимо прочего, получает входную информацию от сетчатки – потенциального места преобразования информации о геомагнитном наклоне в нейронный сигнал. Поражение Кластера нарушает ориентацию по геомагнитному компасу.

Исследователи из Университета Западного Онтарио (Канада) изучили, как увеличивается активность Кластера N во время миграции белогорлого воробья (Z. albicollis) – одного из североамериканских видов ночных перелётных птиц. Также они изучили вопрос, связана ли зарегистрированная ночью степень активации кластера с интенсивностью так называемого ночного мигрирующего беспокойства (nighttime migratory restlessness). Для этих целей исследователи измеряли активацию генов раннего ответа (immediate early genes, IEGs) в Кластере N. Эти гены характерны тем, что быстро активируются в ответ на широкий спектр клеточных стимулов.

Всех птиц, за которыми наблюдали исследователи, отловили в их среде обитания в период осенней миграции на юг. Их поделили на 3 группы, определяющие ровно столько же условий для наблюдения: 1) в дневное время; 2) во время ночного мигрирующего беспокойства (активного движения птиц в ночное время); 3) во время ночного отдыха. Ночным периодом условно назвали время, начинающееся с вечера через два 2 часа после заката. Рассаженные по вольерам птицы не могли видеть, как заходит Солнце, и поляризация неба или звёзды тоже оказались вне поле их зрения, однако птицы по-прежнему могли определять время по температуре воздуха.

После наблюдения в ту же ночь птиц умерщвляли и брали образцы их головного мозга для дальнейших исследований экспрессии генов. Иммуногистохимическими методами исследователи помечали белки генов раннего ответа ZENK в нейронах Кластера N, а затем считали количество этих клеток, находящихся в активном состоянии.

Учёные пришли к выводу, что активность Кластера N всё же находится под факультативным поведенческим контролем. Количество меченых ZENK клеток в группе ночных мигрирующих беспокойных птиц было наибольшим среди других наблюдаемых групп. Примечательно также и то, что иммунореактивность ZENK оказалась одинаковой у дневной группы птиц и у ночной группы спокойных.

Кроме того, у активных ночных птиц исследователи обнаружили прямую зависимость между интенсивностью двигательной активности и количеством активированных меченых нейронов. Авторы работы полагают, что это объясняется активацией некоей поведенческой/физиологической переменной, увеличивающей как время, проведённое в активном состоянии ночью, так и деятельность Кластера N. Такой переменной исследователи назвали уровень отложения жира, который нужно использовать в длительных перелётах, и погоду, которая была бы комфортной или некомфортной для миграции.

Результаты исследования доказали, что активация генов раннего ответа в Кластере N взаимосвязана с миграционным поведением, которые проявляли подопытные особи. Также авторы отмечают, что потребуется дальнейшая работа, чтобы определить, как именно погодные сигналы и отложение жира могут влиять на миграционную активность и активность Кластера N.