Megvan az állatok bioiránytűje?

Az állatok navigációs képessége máig igazi rejtély a kutatóknak. Idén végre két kutatócsoport is közelebb jutott megoldásához.

Az általuk követett természetes térképek általában nagyrészt az adott fajtól függenek. A tengeri madarakról úgy hiszik, főleg a nap és a csillagok alapján navigálnak, mert általában borult időben tűnnek elveszettnek, akárcsak a szkarabeuszok. Planetáriumos kísérletekben a csillagok pozíciójának megváltoztatásával megfigyelték, hogy a bogarak igencsak tanácstalanná válnak, amikor „égi tereptárgyaik” állása megváltozik. Sok más állatfaj a mágnesesség alapján tájékozódik, a Föld mágneses mezejének észak-déli iránya mentén tájolva be magát.

Egy korábbi, tengeriteknős-ivadékokkal végzett kutatásban feltárták, hogy a kísérleti medencében a mágneses mezők irányának módosításával az ivadékok haladási iránya is változott. (A teknősök a kikelésük után rendszerint keleti irányban indulnak meg.) A galambokról is úgy hitték, hasonlóan navigálnak, különösen, mivel csőrükben vasban gazdag sejtek vannak, de ezekről később kiderült, az immunrendszerben, nem pedig a navigációban játszanak szerepet – tudósított a Times.

Tengeri teknősök egy természetvédelmi központban a bali Seranganban március 7-én. A természetvédők üdvözölték az indonéziai iszlám papi testület kiadta fatvát, mely megtiltja a vadon élő állatok kereskedelmét és vadászatát. Az indonéz vallástudósok tanácsa még januárban rendelte el, hogy a védett állatok orvvadászata és a velük való kereskedelem iszlámellenes cselekedet, és a környezet védelme minden muszlimnak kötelessége. (Fotó: EPA/Made Nagi) Tengeri teknősök egy természetvédelmi központban a bali Seranganban március 7-én. (Fotó: EPA/Made Nagi)



Az austini Texasi Egyetem kutatói idén nyáron felfedeztek egy szerves mechanizmust egy állatban, amely elősegítheti a tájékozódást a mágneses mezők alapján. A mikroszkopikus tévéantennát idéző struktúrát egy apró fonálféreg agyában lelték meg, segítségével fel tudja deríteni, merre is induljon neki a talajban. Az áttörés segíthet a kutatóknak feltárni, miként aknázzák ki más fajok bolygónk mágneses mezejét belső iránytűikkel – számolt be róla a Gizmag.

Egy apró fonálféreg nyújt ismét segédkezet

A Caenorhabditis elegans (C. elegans) fonálféregben felfedezett nanoméretű szenzor egy, az állatka agyából kitüremkedő idegsejt (neuron) végén helyezkedik el. A kutatók szerint más állatok is osztozhatnak eme tulajdonságon, különösképpen azért, mert agyi struktúrákat illető párhuzamok több fajnál is megjelennek. Jon Pierce-Simomura, a vizsgálat egyik szakembere szerint jó esély van rá, hogy ugyanezen molekulákat pillangókban vagy madarakban is fellelik.

A szenzort tartalmazó neuronvég a sejt elágazó nyúlványa, a dendrit. AFD-nek (Amphid Fingerlike Dendrite) nevezik ujjszerű végződései miatt, és már jól ismert struktúra a férgek világában mint a szén-dioxid-szintet, a környező hőmérsékletet, és egy friss eredmény szerint a páratartalmat is detektáló „műszer”.

A C. elegansszal végzett korábbi vizsgálatra alapozva – amelyben kiderült, hogy a neuron reagál a páratartalom változására - fedezték fel magnetoszenzorális képességüket, amikor megpróbálták módosítani köröttük a mezőt, hogy megfigyelhessék, a szenzor milyen egyéb változást érzékel még. Arra jöttek rá, hogy amikor változó mágneses mezőknek teszik ki az állatkákat, azok már nem tudják magukat függőleges irányban betájolni környezetükben.

C. elegans fonálféreg Petri-csészében a NASA kutatóközpontjában. (Fotó: Reuters)

C. elegans fonálféreg Petri-csészében a NASA kutatóközpontjában. (Fotó: Reuters)



Ezt követően éhes C. elegansokat helyeztek el zselatinnal töltött és elektromágneses tekerccsel körbevett csövekbe. Megfigyelték, hogy az állatkák rendszerint lefelé tartó irányban igyekeztek haladni, ahogyan táplálékszerzés közben is tennék. Amikor viszont a tekercset bekapcsolták, és ezáltal a földinél erősebb mágneses mezőt generáltak, a férgek eltévedtek, véletlenszerűen kezdtek el ásni, attól függően, milyen volt az indukált mező iránya.

Az eredményektől fellelkesülve a kutatók ugyanezen faj egyedeit fogták be a bolygó különféle pontjain, hogy megfigyelhessék viselkedésüket másfajta környezetben is. Kiderült, hogy a helyi mágneses mező függvényében az Angliától Hawaiion át egészen Ausztráliáig nyúló régiókból begyűjtött férgek mindegyike pontosan abban a szögben igyekezett mozdulni, amelyet saját otthonában „lefelé” iránynak érzékelt volna. Az ausztrál férgek például felfelé ástak a csövekben.

Andrés Vidal-Gadea, a vizsgálat vezetője szerint a C. elegans csak egyike annak a több ezer fajnak, amely a talajban él, és amelynek java részéről ismeretes, hogy függőleges irányban mozog környezetében. Ha ez a mágneses mező érzékelését lehetővé tevő képesség elterjedt a talajlakó élőlények között, a kutatók vélekedése szerint a felfedezés egyik lehetséges kiaknázási területe a kártevőirtás lehet: a kérdéses növényzet alatt a talajban a mágneses mező tekercsekkel megvalósított módosításával elijeszthetőek és összezavarhatóak az élőlények. A vizsgálatot az eLife folyóirat közölte.

Pompás királylepkék pihennek egy ágon a Sierra Chincua-i rezervátumban. (Fotó: Reuters/ Daniel Aguilar) Pompás királylepkék pihennek egy ágon a Sierra Chincua-i rezervátumban. (Fotó: Reuters/ Daniel Aguilar)



Egy novemberben közzétett, friss kutatás már arról számolt be, hogy bizonyos állatokban apró, proteinekből álló biológiai iránytűk segíthetik elő a navigációt. Az apró mágnesesmező-érzékelőket muslicákban mutatták ki, és kiderült, hogy ugyanezen proteinstruktúrák a galambok retinasejtjeiben is megtalálhatóak, sőt kialakulhatnak lepke-, patkány-, bálna- és emberi sejtekben is.

A pálcikaszerű iránytűk a Föld geomágneses mezővonalaihoz igazodnak, aminek alapján a kutatók azt sugallják, hogy amikor megmozdulnak, a szomszédos sejtstruktúrákra is hatással vannak, amelyek információt juttatnak az idegrendszerbe, és szélesebb tartományú irányérzékelő rendszert hoznak létre – tudósított a Telegraph.

Fehérjeiránytűkkel navigálhatnak?

Hszie Can, a vizsgálat vezetője szerint az iránytű egyetemes mechanizmusként szolgálhat az állati magnetorecepcióban (mágneses érzékelés). Ezzel ama rengeteg állatfajra utalt – a lepkéktől a homárokon át a denevérekig és madarakig -, amelyek a mágneses mezőkkel navigálnak. Azt is vizsgálják, hogy hasonló iránytűk szerepet játszhatnak-e az emberi navigációban. A pekingi csapat szerint az ember irányérzékelése igen komplikált, de úgy hiszik, a mágneses érzékelés kulcsszerepet játszhat például abban, hogy némelyeknek miért olyan jó az irányérzékelésük.

Az elméletet, miszerint az állatok érzékelni képesek a földi mágneses mezőt, valamikor elvetették, mára viszont néhány fajnál alaposan dokumentált. A legnagyobb rejtélyt továbbra is az képezi, hogyan is megy végbe maga az érzékelési folyamat.

Ecetmuslica mikroszkopikus képe. (Fotó: Reuters/CSIRO) Ecetmuslica mikroszkopikus képe. (Fotó: Reuters/CSIRO)



A Klaus Schulten biológus által javasolt egyik fajta molekuláris iránytű a geomágneses mezőt érintő információkat az elektronok ama bizarr kvantumviselkedésén keresztül érzékeli, amelyet a kriptokrómként ismert retinafehérjékre esve idéz elő a fény. Hszie viszont úgy véli, hogy csak az eme sejtekre alapozott iránytű egymagában nem képes a navigációra.

A New Scientist szerint korábban két egymással versengő elmélet látott napvilágot a mágneses érzékeléssel kapcsolatban: egyesek szerint vasmegkötő molekulákkal áll kapcsolatban, míg mások szerint a kriptokrómokkal. Hszie csoportja volt az első, amely azt sugallta, hogy e két megoldás ugyanazon rendszer része lehet, az új vizsgálattal pedig, olybá tűnik, ezt alá is támasztották.

A muslicák genomjának áttekintésével felfedeztek egy fehérjét, amit MagR-nek neveztek el, és amely pálcikaszerű csomókat alkot a kriptokróm proteinekkel. Ez a MagR-kriptokróm-halmaz kifinomult mágneses érzékelőként viselkedik, amely elviekben érzékelni tudja a Föld mágneses mezejének irányát, intenzitását vagy éppen elhajlását.

A Föld védelmező mágneses "burka" az ESA koncepciórajzán. (Fotó: ESA/ATG medialab) A Föld védelmező mágneses "burka" az ESA koncepciórajzán. (Fotó: ESA/ATG medialab)



Hszie szerint a nanoméretű bioiránytű hajlamos a geomágneses mezővonalakhoz igazodni és navigációt segítő információkat szerezni a geomágneses mezőből. Úgy hiszik, eme elrendeződés bármely zavarát „befoghatják” a kapcsolódó sejtgépezetek, amelyek aztán ezt az információt eljuttatják az idegrendszernek, kialakítva az állat mágneses érzékelőjét.

A kutatók elvégeztek egy sor ellenőrző kísérletet is, kimutatták, hogy a vélt iránytű egy sor egyéb fajban létrejöhet, többek között pompás királylepkékben, galambokban, simabálnákban és az embernél is. A részleteket a Nature Materials folyóiratban közölték.

Hszie szerint a felfedezéssel nem csak az állatok navigációjának módját ismerhetik meg, az olyan új technológiák kifejlesztéséhez is hozzájárulhat, ami lehetővé teszi a sejtszintű folyamatok szabályozását és az állatok viselkedésének befolyásolását mágneses mezőkkel.

A kutatók egyelőre nem próbálkoztak meg a MagR-protein eltávolításával, hogy megfigyelhessék, a muslica elveszíti-e mágneses érzékelését, de Hszie úgy hiszi, a protein a megfigyeltekhez hasonlóan működik élő állatban is. Annak ellenére, hogy a fehérjekomplexum tűnik a mágneses érzékelés alapjának, a pontos mechanizmus még mindig feltárásra vár.