Незвичний підземний мешканець — кріт Анселла (Fukomys anselli) — виявився настільки чутливим до магнітного поля Землі, що починає відчувати стрес, коли це поле майже зникає. Про це свідчить нове дослідження команди нейробіологів, описане у препринті на сервісі bioRxiv і викладене у матеріалі ScienceAlert.
Ці соціальні, кремезні тварини риють кілометрові тунелі під землею й орієнтуються в них завдяки здатності «бачити» магнітні поля майже сліпими очима. Нові дані показують, що саме зникнення цього «маяка» стає для них найпотужнішим подразником.
Як перевіряли реакцію мозку на магнітні поля
Магнітна навігація найкраще вивчена у перелітних птахів, але деякі ссавці теж мають магнітну чутливість. Раніше дослідники з інститутів Макса Планка показували, що навіть у собак і деяких приматів в очах є молекули, які у птахів реагують на магнітне поле під дією світла. Втім, детальні дослідження магніточутливих ділянок мозку серед ссавців досі проводили лише на одному виді — підземному кроті Анселла.
Попередні роботи показали дивний ефект: якщо знеболити поверхню очей цих тварин місцевим анестетиком, вони втрачають здатність будувати гнізда у «улюбленому» напрямку компаса, хоча залишаються чутливими до світла. Це натякало, що саме очі можуть бути ключем до магніторецепції.
Щоб зрозуміти, як мозок крота реагує на зміни магнітного поля, команда нейробіологів розробила новий метод візуалізації. Вони застосували хімічну процедуру, яка робить мозок прозорим, і створили тривимірну карту — атлас мозку крота Анселла.
Для перевірки точності атласу вчені ввели флуоресцентний маркер в очі живих тварин, щоб простежити нервові зв’язки й структури зорового шляху в мозку та накласти ці дані на свій 3D-атлас.
Найсильніший сигнал дає майже повна відсутність поля
У головному експерименті кротів поміщали в умови змінного магнітного поля (CMF) та майже нульового гіпомагнітного поля (HMF). Інтенсивність HMF становила близько 2 відсотків від сили магнітного поля Землі в Німеччині, де проводилися тести.
Кожні 30 секунд змінне поле змінювало або лише орієнтацію, або і орієнтацію, і інтенсивність, досягаючи значень у 20–70 разів вищих за силу майже нульового поля. Здавалося б, саме такі різкі зміни мали б найсильніше збуджувати мозок.
Однак несподівано найпотужнішу й найширшу активацію мозкових структур зафіксували саме за умов HMF — тобто коли магнітне поле майже зникало. Відсутність звичного сигналу виявилася найпомітнішим стимулом.
У тварин, які перебували в HMF, зростала активність у ділянках мозку, пов’язаних зі стресом, тривогою та страхом, зокрема в мигдалеподібному тілі (амигдалі), що також відповідає за емоційну обробку та ухвалення рішень.
Дослідники очікували, що майже повна відсутність магнітного поля буде для крота радше «нейтральним» станом, подібним до того, як людина розгублено дивиться на карту. Натомість мозок реагував так, ніби тварина опинилася в стресовій ситуації.
На основі цих патернів нейронної активації команда висунула гіпотезу, що кроти сприймають відсутність магнітного поля як щось неприємне й намагаються активно уникати таких умов.
Поводінковий тест підтвердив уникання «магнітної порожнечі»
Щоб перевірити цю ідею, вчені провели другий експеримент. Кротів помістили на лінійну доріжку, де створили локальну аномалію магнітного поля: інтенсивність змінювалася залежно від положення тварини, формуючи зону майже нульового поля.
У цій установці кроти проводили суттєво менше часу біля об’єкта, розташованого в зоні HMF. Коли ж дослідники просто подвоювали силу магнітного поля, такого ефекту уникання не спостерігали.
Отже, саме зникнення звичного магнітного фону, а не його посилення, викликає у тварин стресоподібну реакцію й змінює їхню поведінку.
Як саме кроти «відчувають» магнітне поле, досі незрозуміло
Попри нові дані про роботу мозку, механізм магніторецепції у крота Анселла залишається відкритим питанням. Нещодавно опублікована стаття в журналі iScience не виявила доказів існування в очах цих тварин природних магнітитових рецепторів — крихітних «магнітиків», які раніше вважали можливим поясненням чутливості до поля.
Нове дослідження додатково ускладнює картину: воно пов’язує магнітну чутливість не з якоюсь однією «магнітною» ділянкою мозку, а з широкою мережею регіонів і нервових шляхів. Це радше складна система, ніж простий «вбудований магніт».
Водночас розроблений авторами метод прозорого мозку та 3D-атлас можуть стати основою для подальших робіт із вивчення магнітної чутливості не лише у кротів, а й у багатьох інших тварин.
Робота також показує, що майже нульові магнітні поля більше не можна вважати «безпечним» контролем у подібних експериментах, принаймні для кротів Анселла: такі умови, ймовірно, самі по собі викликають стрес у піддослідних тварин.
Автори підсумовують, що кроти Анселла сприймають відсутність магнітного поля Землі, а вилучення цього зазвичай постійного чинника середовища активує стресові нейронні контури й запускає активну поведінку уникання.
Дослідники роблять висновок, що магнітне поле Землі є біологічно значущим сенсорним стимулом для ссавців. Водночас робота поки що не пройшла рецензування: вона доступна у вигляді препринта на bioRxiv і потребує подальшої перевірки та уточнення результатів.