Delfiny potrafią orientować się pod wodą dzięki ultradźwiękom – to powszechnie znany fakt. Dopiero niedawno okazało się jednak, że te morskie ssaki mają do dyspozycji jeszcze jeden zmysł. W trakcie badań prowadzonych przez naukowców z francuskiego Université de Rennes delfiny butlonose pływały obok dwóch identycznie wyglądających bloków wykonanych z metalu. Jeden z nich był namagnesowany i to właśnie on budził dużo większe zainteresowanie zwierząt. „Mamy dowód na to, że butlonosy powinny zostać dopisane do listy gatunków zdolnych do wyczuwania pola magnetycznego” – mówi dr Dorothee Kremers, autorka badania.
Ta lista jest już całkiem spora – są na niej m.in. owady, ryby, płazy, gady, ptaki i ssaki. „Życie na Ziemi rozwijało się w stałej obecności pola magnetycznego. Wiele zwierząt w toku ewolucji wykształciło zdolność wyczuwania go. Dziś jest ona powszechnie spotykana” – mówi dr Barbara Tombarkiewicz z Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie, prowadząca badania nad tym „szóstym zmysłem”.
Zagadka psich kup
Kierowany przez nią zespół sprawdził, jak na ziemski magnetyzm reagują ssaki żyjące dziko w Polsce. Okazało się, że jelenie, dziki i wydry, szukając legowiska, wybierają miejsca o jednorodnym polu geomagnetycznym. Borsuki natomiast z jakiegoś powodu lubią magnetyczne anomalie. „Trudno to wyjaśnić. Ale wiemy też, że podobne różnice występują u zwierząt domowych. Psy lubią magnetyczny spokój, koty wybierają miejsca z zaburzeniami, które są niezbyt korzystne dla ludzi” – wyjaśnia dr Tombarkiewicz.
Nasi czworonożni przyjaciele nieraz już za-skoczyli naukowców swoim wyczuciem magnetyzmu. Ekipa z Czech, Niemiec i Zambii obserwowała w sumie 70 psów należących do 37 ras w czasie załatwiania potrzeb fizjologicznych. Po analizie blisko 2 tys. takich zdarzeń naukowcy doszli do wniosku, że zwierzęta ustawiają się wówczas najczęściej w osi północ–południe. Gdy pole geomagnetyczne było zaburzone, czworonogi miały ewidentny problem ze swym „kompasem”.
Odkrycie w tym roku zostało nagrodzone IgNoblem, co bynajmniej nie umniejsza jego wagi. Nagroda ta z definicji jest przyznawana naukowcom, którzy skłaniają ludzi do śmiechu i zastanowienia się. A w tym przypadku coś ewidentnie jest na rzeczy. Ta sama ekipa ogłosiła kilka lat temu, że wzdłuż osi północ-południe ustawiają się także pasące się krowy. Badacze analizowali uzyskane z Google Earth zdjęcia 300 stad z sześciu kontynentów. I choć inni uczeni zakwestionowali potem te badania, to wiadomo, że podobne preferencje magnetyczne w czasie żerowania mają również ssaki jeleniowate.
Jak lis namierza ofiarę
Zachowania psów czy krów mogą wydawać się dziwaczne i pozbawione sensu. Możliwe jednak, że stanowią ewolucyjną „pamiątkę” po dawnych czasach. Przodkowie dzisiejszych ssaków często żyli na równinach, gdzie mało jest charakterystycznych punktów umożliwiających orientację w terenie. Wyczuwanie kierunku pola magnetycznego mogło kiedyś zwiększać szanse na przeżycie.
Dzieje się tak zresztą nawet dziś – choćby w przypadku lisów. Są one znane z doskonałych umiejętności łowieckich. Najpierw podkrada-ją się do ofiary, a potem wyskakują wysoko w powietrze i spadają prosto na nią. Naukowcy z Universität Duisburg-Essen, którzy brali udział we wspomnianych wcześniej badaniach nad psami i krowami, zauważyli jednak coś zagadkowego. Kiedy zdobycz jest ukryta pod śniegiem czy w wysokiej trawie, lisy prawie zawsze ustawiają się tak, by skoczyć na północny wschód. Wtedy też zwykle polowanie kończy się sukcesem. Jeśli zmienią kierunek skoku, ofiara znacznie częściej im się wymyka.
Badacze uważają, że lisy mają bardzo wyrafinowany system namierzania zdobyczy. Nasłuchują wydawanych przez nią dźwięków i zestawiają te dane ze swym położeniem względem pola magnetycznego Ziemi. Na tej podstawie – oczywiście czysto instynktownie – określają dystans dzielący je od ofiary. Z jakiegoś powodu te kalkulacje wychodzą im najlepiej, gdy ustawiają się w kierunku północno-wschodnim.
Pole magnetyczne Ziemi
Nasza planeta jest w pewnym sensie gigantycznym magnesem. Otaczające ją pole powstaje w płynnym metalowym jądrze, działającym trochę jak elektromagnes. Ziemia ma dwa bieguny magnetyczne, położone w pobliżu tych geograficznych. W ich okolicy pole magnetyczne jest najsilniejsze, a im bliżej równika, tym staje się słabsze. Mierząc jego natężenie i kierunek (inklinację), można więc ustalić, jak daleko od biegunów się znajdujemy. Istnieją jednak obszary, w których pole magnetyczne odbiega od normy – to tzw. anomalie. Mogą je wywoływać duże złoża rud żelaza (tak jest na przykład w okolicy Kurska w Rosji). Metal ten – podobnie jak nikiel i kobalt – ma właściwości ferromagnetyczne, a więc może zmieniać właściwości pola magnetycznego. To samo dotyczy instalacji elektrycznych.
Niektóre gatunki korzystają z „kompasu”, by zapamiętać miejsce, w którym przyszły na świat. Tak robią np. łososie. W młodości zapamiętują magnetyczną „sygnaturę” stron rodzinnych, a potem korzystają z niej, gdy są już dorosłe i same płyną na tarło.
Sprawa komplikuje się, gdy ryby pochodzą ze stworzonych przez człowieka wylęgarni. Jeśli w ich skład wchodzą materiały zmieniające naturalne pole magnetyczne, młode ryby mają potem problemy z nawigacją. Podobny wpływ mogą mieć instalacje elektryczne, np. w elektrowniach wodnych.
Łosoś szuka domu
Ludzie wymyślili kompas po to, by ułatwiał im podróżowanie. Ewolucja wielokrotnie wpadła na podobny pomysł. Żółwie potrafią całkiem dokładnie określić swoje położenie, korzystając wyłącznie z pola magnetycznego. „Najtrudniejszym zadaniem dla zwierząt płynących przez ocean jest określenie długości geograficznej, czyli pozycji wschód–zachód” – mówi dr Nathan Putman z Oregon State University, który zajął się analizą nawigacji pływających gadów.
Jego zespół obserwował morskie żółwie zwane karetta w sztucznym polu magnetycznym. Okazało się, że gady te są w stanie za-rejestrować dwie różne własności tego pola: kierunek (inklinację) oraz natężenie. „Dzięki temu potrafią określić nie tylko szerokość, ale i długość geograficzną, na której się znajdują. Uzyskują z pola magnetycznego Ziemi więcej informacji niż inne zwierzęta” – wyjaśnia uczony.
Ryby czują, ptaki słyszą?
Różne zastosowania biologicznych „kompasów” idą w parze z różną ich konstrukcją. Naukowcy znają już trzy modele działania zmysłu magnetycznego.
Jeden z nich ma związek z elektrycznością. „Niektóre ryby, takie jak rekiny, mają narządy zwane ampułkami Lorenziniego. Wykrywają one pole elektryczne wytwarzane przez ciało poruszającej się w pobliżu ofiary. Możliwe, że ampułki potrafią też rejestrować jeszcze słabsze prądy, np. takie, które powstają w ciele ryby pod wpływem pola magnetycznego Ziemi” – mówi dr Tombarkiewicz. Badacze z University of Florida zaobserwowali, że rekiny są w stanie odnajdywać drogę nawet w środowisku pozbawionym punktów orientacyjnych.
Drugi mechanizm to wyspecjalizowane komórki, zawierające dużo związków żelaza. Ich poszukiwania cały czas trwają i nie są wcale łatwe, czego dowodzi historia gołębi. Przez jakiś czas uczeni sądzili, że ptaki te mają magnetyczne komórki w dziobach. Jednak badania przeprowadzone w Austrii wykazały, że był to błędny trop. Naukowcy zebrali 200 gołębich dziobów z całej Europy, każdy pokroili na 2,5 tys. kawałków, a potem szukali komórek zawierających żelazo. W niektórych było ich nawet 100 tys., ale w innych zaledwie 200. Co gorsza, okazało się, że wykryte komórki to prawdopodobnie makrofagi, czyli służby porządkowe naszego organizmu. Zawarte w nich żelazo pochodzi z „zużytych” krwinek czerwonych i nie ma żadnego związku z wykrywaniem pola magnetycznego.
Zoolodzy jednak nie poddali się i szukali dalej. Rok później wraz z kolegami z Austrii odnaleźli specyficzne komórki nerwowe w uszach ptaków. Każda z nich ma w środku kulkę zbudowaną ze związków żelaza. Zdaniem badaczy te neurony służą właśnie do wykrywania pola magnetycznego. W pewnym więc sensie ptaki – bo to u nich występują takie komórki – mogą słyszeć magnetyzm! „Znajdujemy te żelazne kulki u wszystkich gatunków, od gołębi po strusie” – opowiada dr Jeremy Shaw, jeden z autorów odkrycia pracujący na University of Western Australia. Uczonym nie udało się natomiast wykryć takich neuronów w organizmach ryb, myszy, świnek morskich ani ludzi.
Kompas w oczach
Jest jednak jeszcze trzecia wersja biologicznego kompasu – prawdopodobnie najpowszechniejsza. „Pole magnetyczne wpływa na przebieg reakcji w światłoczułych białkach zwanych kryptochromami, które znajdują się w siatkówce oka” – tłumaczy dr Tombarkiewicz. Tak działający zmysł magnetyczny przypominałby trochę technologię zwaną rozszerzoną rzeczywistością. Polega ona na nakładaniu cyfrowego obrazu na to, co naprawdę widzimy (tak działają Google Glass). Zwierzę mogłoby dostrzegać pole magnetyczne np. jako zmianę jasności obrazu.
Co ciekawe, może to dotyczyć także nas. Kryptochromy występują w siatkówce ludzkiego oka i teoretycznie są w pełni sprawnymi kompasami. Dowiedli tego w sprytny sposób badacze z University of Massachusetts. Posłużyli się muszkami owocowymi, które prawdopodobnie postrzegają pole magnetyczne właśnie w ten sposób. Z ich DNA usunęli gen odpowiedzialny za produkcję kryptochromu i zastąpili go wersją pobraną z ludzkiego genomu. Tak zmodyfikowane owady nadal zachowały swój „szósty zmysł”.
A co z ludźmi? Przeprowadzone dotychczas badania nie wykazały, abyśmy byli zdolni wy-czuwać pole magnetyczne w świadomy sposób. Być może utraciliśmy tę umiejętność w toku ewolucji. Ale możliwe też jest, że przynajmniej niektórzy z nas robią to nadal, tyle że czysto instynktownie. Polinezyjczycy znani są z tego, że mają wyczucie kierunku na pełnym morzu nawet przy zachmurzonym niebie, gdy nie mogą kierować się gwiazdami ani położeniem słońca. Być może wówczas prowadzi ich wewnętrzny biologiczny kompas?
DLA GODNYCH WIEDZY:
- Jak zwierzęta znajdują drogę – „Nature’s Compass: The Mystery of Animal Navigation”, James L. Gould (Princeton University Press 2012)
- Świat widziany przez ptaki – „Sekrety ptaków. Fascynujący świat ptasich zmysłów”, Tim Birkhead (Galaktyka 2012)
- Książka o kwantowych podstawach biologicznych zjawisk, w tym zmysłu magnetycznego – „Life on the Edge: The Coming of Age of Quantum Biology”, Jim Al-Khalili (Bantam Press 2014)