科学家在鸽子体内发现了一种令人惊讶的导航系统：肝脏中富含铁元素的免疫细胞，它们可能起着微型磁传感器的作用。失去这些细胞的鸽子在阴天难以归巢，这表明它们依赖地球磁场进行导航。这一发现可能解开关于动物导航的数十年之谜，并揭示免疫与环境感知之间意想不到的联系。
根据发表在《科学》杂志上的一项研究，鸽子可能利用其肝脏中的特化免疫细胞来探测地球磁场，从而为它们提供一套内部导航系统。
研究人员发现，这些被称为巨噬细胞的细胞在分解旧红细胞时会积累铁。铁赋予了这些细胞独特的磁特性，使其能够对地球磁场做出反应。当这些细胞被移除后，鸽子难以找到回家的路，这表明它们在导航中发挥着此前未知的作用。
“我们完全没想到免疫细胞竟然能像磁场传感器一样运作。我们的结果揭示了动物磁感知的一种前所未知的机制，”波恩大学医院分子医学与实验免疫学研究所所长、该研究的共同资深作者之一Christian Kurts教授说。
“鸟类导航中看似‘直觉’的东西，实际上可能具有物理学基础，”马克斯·普朗克动物行为研究所所长、该研究的另一位共同资深作者Martin Wikelski教授补充道。
探寻鸟类磁觉的漫长之路
科学家早就知道，信鸽和候鸟将地球磁场作为导航工具之一。然而，动物究竟如何探测该磁场，一直是生物学界最大的谜团之一。
多年来，研究人员提出了多种可能性。一些理论认为鸟类可以通过眼中的感光分子探测磁场。另一些理论则指向鸟喙中的微小磁性颗粒。尽管经过多年的研究，这两种观点都未获得强有力的实验证实。
这项新研究提供了一个不同的解释，结合了免疫学、物理学和动物行为学的专业知识。研究团队成员来自波恩大学、波恩大学医院、杜伊斯堡-埃森大学以及马克斯·普朗克动物行为研究所（MPI-AB）。
富含铁的肝脏细胞显示出强磁特性
为了确定磁感知可能发生的部位，研究人员检查了此前与磁感受相关的多个器官，包括眼睛、鸟喙和大脑。他们还利用“振动样品磁强计”和“磁性细胞分离”技术分析了肝脏和脾脏。
“我们有一些线索表明肝脏和脾脏具有磁特性，因为它们分解红细胞，因此在体内储存了大量铁，”来自波恩大学和波恩大学医院、负责免疫学研究工作的第一作者Clivia Lisowski博士说。
结果令人震惊。在所有研究的组织中，肝脏的铁浓度最高，并产生了最强的磁响应。
“铁以氧化铁纳米颗粒的形式结晶，使细胞具有超顺磁性并对磁场产生反应。我们在肝组织中发现了迄今为止最强的磁响应，”来自杜伊斯堡-埃森大学的Ulf Wiedwald教授补充道。
进一步调查显示，肝脏巨噬细胞是这些磁特性的来源。
导航实验揭示关键作用
随后，研究人员测试了巨噬细胞是否真的影响导航。
在位于德国康斯坦茨的马克斯·普朗克动物行为研究所，鸽子接受了训练，要从二十多公里外的地方返回鸟舍。科学家移除了鸽子肝脏中的巨噬细胞，并监测这些鸟的表现。
结果取决于天气。在阳光被遮挡的阴天，缺乏巨噬细胞的鸽子迷失了方向，难以导航回家。然而在晴天，它们成功返回，这可能是依靠太阳而非地球磁场作为导航线索。
这些发现表明，鸟类在飞行中利用磁信息配合太阳线索来辨别方向。
磁信号如何传递至大脑
在确立了肝脏细胞与导航之间的联系后，研究人员开始寻找信息传递到大脑的途径。
利用电子显微镜，他们发现富含铁的巨噬细胞位于神经纤维附近。这种排列表明了一条可能的通路，磁信息可以通过该通路从肝脏传递到神经系统，最终到达大脑。
Lisowski说：“这些发现提供了首个具体证据，表明地球磁场如何在体内被感知并传递给大脑以引导运动。”
这项研究综合了铁代谢以及免疫与神经系统间通讯等若干已确立的生物学过程，有助于解释动物如何探测磁场。
“动物导航是自然界最迷人的现象之一，”Wikelski说。“如果免疫细胞是鸟类感知方向机制的一部分，这将从根本上改变我们对导航的理解。”
超越鸟类的影响
尽管这些发现回答了重要问题，但仍有许多疑问待解。研究人员仍需确定大脑究竟如何处理来自这些细胞的信号。
这一发现的影响可能不仅限于鸽子。众所周知，像鲨鱼这样的动物在不依赖光线的情况下也能有效导航，这提高了其他物种存在类似机制的可能性。
研究人员指出，许多动物，甚至可能包括人类，都可能以我们尚未完全理解的方式对磁场做出反应。