1882-ben Camille Viguier zoológus az elsők között feltételezte, hogy a madarak és más gerincesek a Föld mágneses terének segítségével navigálhatnak – ami akkoriban még egyetlen állatról sem volt ismert. Felvetette, hogy a mágneses tér apró elektromos áramokat gerjeszt a belső fül folyadékában, és így irányt mutat, akár egy iránytű. Viguier munkája nem sokkal később feledésbe merült, de nemrégiben kiderült, hogy nem járt rossz nyomon.

Viguier halála óta a kutatók rájöttek, hogy egyes állatok valóban érzékelik a Föld mágneses terét – ezt a folyamatot magnetorecepciónak nevezik – és ezt használják a tájékozódásra. Azonban más mechanizmusokat tartottak elsődlegesnek, amikor ennek a rejtélyes érzéknek a működésére magyarázatot kerestek. Egy kutatócsoport azonban nemrégiben alátámasztotta Viguier eredeti feltevését: a Science magazin új számában a csapat arról számol be, hogy a galambok belső fülükben lévő elektromos áramok révén képesek érzékelni a mágneses mezőket.

„Az érzékszervi biológia szent grálja a mágneses érzék megértése” – mondja Eric Warrant, a Lund Egyetem neurológusa, aki nem vett részt az új kutatásban. Elmondása szerint a kutatók bizonyítékot szolgáltatnak egy új mágneses érzékelési módra, és annak idegpályáit is feltárták az agyban.

Ma már bizonyított, hogy sokféle állat érzékeli a mágneses mezőket. Ez az érzékszervi képesség segít a madaraknak és a rovaroknak a vándorlásban, a teknősöknek pedig a gazdag táplálkozási területek helyének megjegyzésében. Két, széles körben vitatott mechanizmust tartanak valószínűnek a jelenség magyarázatára. Az egyik jobban megalapozott: a retinában található, kriptokrómoknak nevezett fényérzékeny fehérjék úgynevezett kvantumspin-állapotokkal rendelkeznek, amelyek reagálnak a mágneses mezőkre, feltárva a mező irányát és vizuális jelzést adva az állatoknak, hogy melyik irányban van észak vagy dél.

A másik mechanizmus kevésbé bizonyított. A magnetit ásványból álló apró, vasban gazdag kristályok a mágneses mezőkben forognak, és stimulálják a sejtek receptorait, jeleket küldve az idegeknek, amelyekből meg lehet érteni a mágneses mező vonalainak irányát. Egyes szakértők szerint ezek a kristályok a pisztrángok orrában és a madarak csőrében található idegek közelében vannak, de létezésük még ma is vitatott.

A belső fül is felmerült, mint olyan hely, ahol a magnetit segíthet a navigációban, ezért egyes kutatók ezt is vizsgálták, hogy bizonyítékot találjanak arra, hogyan működhet ott a magnetorecepció. 2012-ben David Dickman és Le-Qing Wu, a Baylor College of Medicine kutatói, galambok agyában olyan neuronoktól származó jeleket észleltek, amelyek a belső fülből indultak ki, és úgy tűnt, hogy mágneses mezőkkel kapcsolatos információkat kódolhatnak. Gyanították, hogy a mágneses érzékelők az úgynevezett szőrsejtek lehetnek – a felületükön sörteszerű csillókkal rendelkező sejtek –, amelyek a belső fül mozgásérzékelést segítő részében találhatók.

Ez a munka felkeltette a müncheni Ludwig Maximilian Egyetem neurológusának, David Keaysnek az érdeklődését is, aki hamarosan megkezdte a magnetit keresését ezen a részen, de kezdetben nem járt sikerrel. Aztán Gregory Nordmann, a labor egyik munkatársa megtalálta Viguier 1882-es cikkét, így Keays és kollégái úgy döntöttek, hogy megvizsgálják a galambok félkörös ívjáratait – a belső fül azon részét, amely az egyensúlyérzékért és a tájékozódásért felel. Tudták, hogy a cápák és a rájafélék gyenge elektromos mezőket képesek érzékelni olyan sejteknek köszönhetően, amelyeken feszültségérzékeny ioncsatornák találhatók. Ha a galamb belső fülében is vannak ilyen csatornákkal rendelkező sejtek, akkor a félkörös ívjáratok Viguier javaslata szerint elektromos áramkörként működhetnek, gondolták. Más szavakkal, a madarak az ívjáratok belső folyadékában történő indukció révén a mágneses információkat elektromos impulzusokká alakíthatják, amelyek jeleket küldenek az agyba.

Hogy kiderítsék, az agy mely része reagál a mágneses mezőkre, Keays és kollégái 13 galambot tettek egyenként egy olyan készülékbe, amely megszünteti az összes háttérmágnességet, majd változó mágneses mezőket hoz létre. Ezután elaltatták a madarakat, és az agyukba olyan antitestet juttattak, amely reagál a nemrégiben génaktivitást mutató idegsejtekre, ami potenciálisan a mezők érzékelésére adott reakciót jelez. Miután kémiailag átlátszóvá tették az agyakat, mikroszkóppal megvizsgálták a mágnességre reagáló sejteket. A fény hatásának kizárása érdekében a csapat sötétben is megismételte a kísérletet további 14 madárral.

A korábbi munkákhoz hasonlóan a szakértők megállapították, hogy a galamboknál a belső fülből érkező információkat fogadó agytörzsi terület a mágneses mezők hatására aktiválódnak. A jelek az agy érzékszervi információkat integráló részébe, valamint a hippokampuszba, a térbeli orientáció és navigáció kulcsfontosságú területébe jutnak. A kutatók ezután felboncoltak három madarat, hogy tanulmányozzák a félkörös ívjárataik szőrsejtjeit. Ennek során arra a következtetésre jutottak, hogy az egyik típusú szőrsejtnek sokkal több feszültségérzékeny ioncsatornája van, mint a másik típusú szőrsejtnek. A két típus közötti különbség segíthet az agynak megkülönböztetni a mozgásból és az elektromos áramokból származó jeleket.

Kenneth Lohmann, az Észak-Karolinai Egyetem neurobiológusa, aki a teknősök mágneses érzékelését tanulmányozta, azt mondja, hogy az új tanulmány inspirálta arra, hogy megvizsgálja a félkörös ívjárataikat: „Ez sok érdekes dolgot vet fel, amiről elgondolkodhatunk, és amit különböző állatokban megkereshetünk.” Lohmann szerint lehetséges, hogy a félkörös ívjáratokkal nem rendelkező állatok elektromágneses indukciót használnak, ha folyadékkal töltött, szőrsejtekkel bélelt üregek alakultak ki bennük.

Warrant arra kíváncsi, hogy a félkörös ívjáratok a Föld mágneses terének milyen tulajdonságait érzékelik. Például egyes állatok a tér dőlésszögét használják a déli és északi irány azonosítására, ami segít nekik a tájékozódásban. „Ez mind nagyon izgalmas egy érzékszervi fiziológus számára” – mondja. A következő lépésként Keays és kollégái remélik, hogy kiderítik, hogyan alakítja a galambok agya a mágneses mezővel kapcsolatos jeleket hasznos információkká a tájékozódáshoz.