นกพิราบกลับบ้านเป็นที่รู้จักจากความสามารถลึกลับในการหาทางกลับบ้าน – การนำทางที่ซับซ้อนและภูมิประเทศที่เปลี่ยนแปลง อันที่จริง พวกมันทำสิ่งนี้ได้ดีจนถูกใช้เป็นแหล่งการสื่อสารที่ปลอดภัยเมื่อกว่า 2,000 ปีที่แล้ว มีรายงาน ว่า จูเลียส ซีซาร์ส่งข่าวการพิชิตกอลของเขากลับไปยังกรุงโรมผ่านทางนกพิราบเช่นเดียวกับนโปเลียน โบนาปาร์ตหลังจากอังกฤษพ่ายแพ้ในสมรภูมิวอเตอร์ลูในปี พ.ศ. 2358
เรารู้ว่านกพิราบใช้สัญญาณภาพและสามารถนำทางตามจุดสังเกตตามเส้นทาง
การเดินทางที่รู้จัก นอกจากนี้ เรายังทราบด้วยว่าพวกมันมีสัมผัส
แม่เหล็กที่เรียกว่า “การรับรู้แม่เหล็ก” ซึ่งช่วยให้พวกมันนำทางโดยใช้สนามแม่เหล็กโลก แต่เราไม่ทราบแน่ชัดว่าพวกมัน (และสายพันธุ์อื่นๆ) ทำเช่นนี้ได้ อย่างไร ในงานวิจัยที่ตีพิมพ์ในวันนี้ใน Proceedings of National Academy of Sciences เพื่อนร่วมงานของฉันและฉันได้ทดสอบทฤษฎีที่พยายามเชื่อมโยงการรับรู้สนามแม่เหล็กในนกพิราบกลับบ้านกับก้อนเล็กๆ ของวัสดุที่อุดมด้วยธาตุเหล็กซึ่งพบในหูชั้นในของพวกมัน
ด้วยการใช้กล้องจุลทรรศน์แม่เหล็กชนิดใหม่ เรายืนยันว่าไม่ใช่กรณีนี้ แต่เทคโนโลยีได้เปิดประตูให้เราตรวจสอบปรากฏการณ์ในสายพันธุ์อื่น ๆ นักวิทยาศาสตร์ใช้เวลาหลายทศวรรษในการสำรวจกลไกที่เป็นไปได้สำหรับการรับรู้แม่เหล็ก ขณะนี้มีสองทฤษฎีกระแสหลัก
แบบแรกคือโมเดล “คู่อนุมูลอิสระ” ที่อาศัยการมองเห็น นกพิราบบ้านและนกอพยพอื่นๆ มีโปรตีนในเรตินาของดวงตาที่เรียกว่า สิ่งเหล่านี้สร้างสัญญาณไฟฟ้าที่แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับความแรงของสนามแม่เหล็กในพื้นที่
สิ่งนี้อาจทำให้นกสามารถ “เห็น” สนามแม่เหล็กโลกได้ แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะยังไม่ยืนยันทฤษฎีนี้ก็ตาม
ข้อเสนอที่สองสำหรับวิธีการนำทางนกพิราบกลับบ้านนั้นขึ้นอยู่กับก้อนวัสดุแม่เหล็กภายในตัวพวกมัน ซึ่งอาจให้เข็มทิศทิศทางตามอนุภาคแม่เหล็กแก่พวกมัน
เราทราบดีว่าพบอนุภาคแม่เหล็กในธรรมชาติ ในกลุ่มของแบคทีเรียที่เรียกว่าแบคทีเรียแมกนีโตแทกติก แบคทีเรียเหล่านี้ผลิตอนุภาคแม่เหล็กและเคลื่อนที่ไปตามเส้นสนามแม่เหล็กโลก
ขณะนี้นักวิทยาศาสตร์กำลังมองหาอนุภาคแม่เหล็กในสปีชีส์ต่างๆ
ผู้สมัครที่มีศักยภาพถูกพบในจะงอยปากบนของนกพิราบบ้านเมื่อกว่าทศวรรษที่แล้ว แต่ผลงานที่ตามมาระบุว่าอนุภาคเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการเก็บเหล็กไม่ใช่การตรวจจับด้วยแม่เหล็ก
เซลล์คิวติคูโลโซมเดี่ยวอยู่ในบริเวณที่แตกต่างกันในหูชั้นในของนกพิราบ ซึ่งมีระบบประสาทสัมผัสอื่นๆ อยู่ (เช่น สำหรับการได้ยินและการทรงตัวระหว่างการบิน) ตามทฤษฎีแล้ว หากมีระบบการตรวจจับด้วยคลื่นแม่เหล็กในนกพิราบ ระบบควรจะอยู่ใกล้กับระบบประสาทสัมผัสอื่นๆ
แต่เพื่อตรวจสอบว่าคิวติคูโลโซมของธาตุเหล็กสามารถทำหน้าที่เป็นตัวรับแม่เหล็กในนกพิราบได้หรือไม่ นักวิทยาศาสตร์จำเป็นต้องตรวจสอบคุณสมบัติทางแม่เหล็กของพวกมัน นี่ไม่ใช่ความสำเร็จเนื่องจากคิวติคูโลโซมมีขนาดเล็กกว่าเม็ดทรายถึง 1,000 เท่า
ยิ่งไปกว่านั้น พบเพียง 30% ของเซลล์ขนภายในหูชั้นใน ทำให้ยากต่อการระบุและจำแนกลักษณะเฉพาะ
เพื่อจัดการกับปัญหานี้ กลุ่มของเราที่มหาวิทยาลัยเมลเบิร์น ร่วมกับเพื่อนร่วมงานจากสถาบันพยาธิวิทยาระดับโมเลกุลแห่งเวียนนาและสมาคมมักซ์พลังค์ในกรุงบอนน์ ได้หันไปใช้เทคโนโลยีการถ่ายภาพแบบใหม่เพื่อสำรวจคุณสมบัติทางแม่เหล็กของคิวติคูโลโซมที่เป็นเหล็กในหูชั้นในของนกพิราบ
เราได้พัฒนากล้องจุลทรรศน์แบบแม่เหล็กที่ใช้เซนเซอร์แบบเพชรเพื่อให้เห็นภาพสนามแม่เหล็กที่ละเอียดอ่อนซึ่งเล็ดลอดออกมาจากอนุภาคแม่เหล็กขนาดเล็ก
หักล้างทฤษฎี
เราศึกษาหูชั้นในของนกพิราบอย่างรอบคอบซึ่งวางลงบนเซ็นเซอร์เพชรโดยตรง ด้วยการใช้สนามแม่เหล็กที่มีความเข้มต่างกันกับเนื้อเยื่อ เราสามารถวัดความไวต่อแม่เหล็กของหนังกำพร้าเดี่ยวได้
ผลลัพธ์ของเราแสดงให้เห็นว่าคุณสมบัติทางแม่เหล็กของคิวติคูโลโซมนั้นไม่แข็งแรงพอที่จะทำหน้าที่เป็นตัวรับแมกนีโตรีเซปเตอร์ที่มีอนุภาคแม่เหล็ก ในความเป็นจริง อนุภาคจะต้องแข็งแกร่งกว่า 100,000 เท่าเพื่อกระตุ้นเส้นทางประสาทสัมผัสที่จำเป็นสำหรับการรับรู้สนามแม่เหล็กในนกพิราบ
อย่างไรก็ตาม แม้ว่าการค้นหาตัวรับแมกนีโตรีเซปเตอร์ที่เข้าใจยากจะเกิดขึ้นในระยะสั้น แต่เราก็รู้สึกตื่นเต้นอย่างยิ่งกับศักยภาพของเทคโนโลยีกล้องจุลทรรศน์แม่เหล็กนี้
เราหวังว่าจะใช้มันศึกษาโฮสต์ของผู้สมัครที่เป็นแม่เหล็กในหลากหลายสายพันธุ์ รวมถึงสัตว์ฟันแทะ ปลา และเต่า และด้วยการทำเช่นนี้ เราไม่เพียงแต่สามารถโฟกัสไปที่คิวติคูโลโซมเท่านั้น แต่ยังรวมถึงอนุภาคแม่เหล็กอื่นๆ อีกด้วย
