اسرار مهاجرت پرندگان

پرندگان چگونه مسیر مهاجرت خود را می شناسند؟

پرندگان برای تعیین مسیر از دو حس مغناطیسی شگفت انگیز استفاده و مقصود خود را جهت یابی می کنند شناسایی این ویژگی در پرندگان به سال 1950 و به گروهی از سینه سرخ ها که در فرانکفورت در قفس نگه داری می شدند برمی گردد. زیست شناسی به نام « هانس فرومه»(1)، که در مورد سینه سرخ ها مطالعه می کرد متوجه ناآرامی آن ها در زمان مهاجرت همیشگی به اسپانیای آفتابی شد و پی برد که همه آن ها، در قفس تمایل به پرواز در یک جهت دارند.
در آن دوره، همگان بر این باور بودند که جهت یابی پرندگان در مهاجرت به کمک خورشید، ماه و ستاره ها است. در حالی که قفس های سینه سرخ ها درون اتاق های پرده دار قرار داشتند و اگر چنین بود باید آن ها، در یافتن جهت به مشکل برمی خوردند ولی اینطور نبود. مغناطیس، یکی از علل محتمل بود. یک قرن قبل از آن، این ایده که هدایت پرندگان مهاجر در طول قاره ها و اقیانوس ها به کمک یک قطب نمای داخلی صورت می گیرد توسط یک جانورشناس روسی مطرح شده بود اما تلاش ها برای اثبات آن به جایی نرسید.
اما این برداشت ها در سال 1966 میلادی تغییر کرد. در آن زمان جانورشناسی به نام « ولفگانگ ویلسچ کو»(2) نشان داد که جهت فرار پرندگان را می توان به کمک آهن رباهای قوی، تغییر داد. تحقیقات او ثابت کرد که اکثر پرندگان می توانند میدان مغناطیسی زمین را احساس کنند ولی تعداد زیادی از دانشمندان هم عصر او این ایده را نپذیرفتند. پژوهش های بعدی ثابت کرد که دانشمندان بدبین تر کاملاً در اشتباهند. امروزه ما می دانیم که حیوانات مختلف برای یافتن مسیر خود از میدان مغناطیسی زمین استفاده می کنند. اما این کار چگونه اتفاق می افتد؟ آثار داخلی این حس برتر در پرندگان مدت ها به صورت یک راز باقی بود. اما اکنون پژوهشگران معتقدند که نحوه احساس مغناطیسی از جانب پرندگان را یافته و حتی چگونگی مسیریابی با این روش را نیز کشف کرده اند.
اولین نشانه ها براساس حس مغناطیسی از یک منبع جالب به دست آمد. در سال 1975 میلادی مشخص شد که بعضی از باکتری هایی که در گل و لای دریا زندگی می کنند حاوی زنجیره ای از کریستال های ترکیبات آهن همسو با میدان مغناطیسی زمین هستند. این زنجیره ها باکتری ها را در امتداد این میدان قرار می دهند تا به سمت پایین شناور و از آب های پر از اکسیژن دور شوند. در این حالت، هر باکتری یک قطب نمای کوچک است.
چنین امری این فرضیه را که بعضی از حیوانات دارای سلول هایی حاوی کریستال های مشابه هستند، تقویت کرد. دانشمندان احتمال می دادند که حرکات سلول ها به حیوانات امکان می دهد که میدان های مغناطیسی را احساس کنند. یافتن این سلول ها در بدن حیوانات چندان آسان نبود چون به طور معمول احساس ها به حفره هایی در بافت های بدن مانند گوش ها، چشم و زبان مرتبط هستند که با دنیای بیرون در تماس است. اما میدان های مغناطیسی آزادانه از درون استخوان ها و بافت های ماهیچه ای عبور می کنند و بنابراین گیرنده های آن ها می توانند در هر جای بدن باشند. بنا به اظهار «تورستن ریتز»(3) زیست شناس دانشگاه ایروین کالیفرنیا «امور اساسی که شما در حالت های حسی مختلف انجام می دهید در حالت حس مکانیکی، کار نمی کنند».
کریستال های مغناطیسی در میان پرندگان، اولین بار در میان کبوترهای خانگی کشف شد. انتهای عصب های پوست در داخل منقار بالایی کبوتر حاوی مقدار زیادی ساختارهای گلوله ای شکل پر از آهن است. اثبات کاربرد این ساختارها برای حس مغناطیسی، چندین دهه طول کشید.
به تازگی ساختارهایی مشابه در سینه سرخ ها، چکاوک ها و مرغ خانگی یافت شده است. این گونه ها منشاهای متفاوت داشتند ولی اکنون مشخص شده است که حسگرهای مغناطیسی آهنی در اکثر پرندگان وجود دارد.

نظریه اصلی در رابطه با جهت یابی پرندگان

در حالی که شماری از پژوهشگران به دنبال کریستال های مغناطیسی در حیوانات بودند، برخی دیگر راه کاملاً متفاوتی را در پیش گرفتند. «کلاوس شولتن»(4)دانشمند بیوفیزیک دانشگاه ایلینویز شماری از واکنش های شیمیایی غیرمعمول را مطالعه کرده است که می توانند تحت تأثیر مغناطیس قرار گیرند. او دریافت که اگر واکنش های مشابه در موجودات زنده اتفاق بیفتد آن ها قادر به کشف مغناطیس خواهند بود.
الکترون ها، معمولاً دو به دو، دور یک مولکول می گردند اما نور می تواند این حرکت را با منحرف کردن یکی از آن ها به سمت مولکولی دیگر به هم بزند. نتیجه امر تشکیل یک جفت اصلی( رادیکال) است که هر کدام شامل مولکول همراه با یک الکترون است. الکترون ها دارای خاصیتی کوانتومی موسوم به اسپین(5) هستند و در یک جفت اصلی، اسپین های دو الکترون غیرجفت به هم مرتبط هستند و یا با هم می چرخند و یا در جهت مخالف، گردش می کنند. زاویه میدان مغناطیسی می تواند بر روی حرکت الکترون ها از یکی از این حالت های اسپین به دیگری تأثیر بگذارد و این تأثیرات تکرار می شود تا بر سرعت واکنش های شیمیایی مستلزم جفت رادیکال اثر گذارد.
شولتن در سال 1978 میلادی ایده ای را مطرح کرده بود که مطابق آن زوج ها یا جفت های اصلی می توانند به تشریح علت حس مغناطیسی کمک کنند. مقاله اول او در این رابطه توسط مجله ساینس با این استدلال رد شده بود:«حتی دانشمند عادی هم چنین نظراتی را به سطل کاغذ باطله می اندازد.» وی مقاله اش را در یک مجله محلی منتشر و شروع به اصلاح آن کرد.
او دریافت که جفت های اصلی نیازمند نور هستند و احتمالاً در چشم قرار دارند. اگر سلول های شبکیه به مولکولی آغشته شوند که جفت های رادیکالی تشکیل داده است و همه مولکول ها در یک راستا در سلول باشند، زاویه این مولکول ها و رفتار آن ها در یک میدان مغناطیسی، در شبکیه نیم کره چشم پرنده عوض می شود. اگر پرنده بتواند به نحوی الگوهای متغیر را در شبکیه تشخیص دهد، بنابراین می تواند میدان مغناطیسی زمین را احساس کند.
بخشی از مطالعات ویلسچ کو در دهه های 1980 و 1990 میلادی در دانشگاه آکسفورد، تا حدی این موارد را تأیید کرد و نشان داد که قطب نمای برخی از انواع پرندگان نیازمند نور است. البته نور موردنیاز خیلی زیاد نیست و بعضی از پرندگان مانند سینه سرخ در شب هم به مهاجرت خود ادامه می دهند.
همان طور که می دانیم هیچ مولکولی نمی تواند جفت رادیکال های موجود در چشم را تشکیل دهد. در سال 1998 میلادی شولتن خبردار شد پروتئین هایی به نام کریپتوکروم ها(6) در گیاهان و حیواناتی یافت می شود که قادر به دیدن نور آبی هستند و نقش اصلی آن ها تنظیم دقیق ساعت های درونی است. اما آنچه شولتن پی برد این بود که وقتی نور به یک کریپتوکروم برخورد می کند، این پروتئین یکی از الکترون هایش را به کوآنزیم کوچک تری به نام FAD انتقال می دهد و به احتمال زیاد یک جفت رادیکالی ایجاد می کند. شولتن می گوید:« وقتی با این پروتئین آشنا شدم راحت روی صندلی لم دادم و فهمیدم این دقیقاً همان چیزی است که دنبالش بودم.»
در سال 2000 میلادی شولتن و ریتز نوع به روز شده فرضیه جفت رادیکال ها را ارائه کردند که در آن گفته شده بود قطب نمای مغناطیسی دارای کریپتوکروم و به نور آبی- سبز وابسته است. آن ها پیش بینی کردند که این قطب نما توسط میدان های مغناطیسی فرکانس بالا مختل می شود و با ضربات مابین اسپین ها تداخل می کند. در سال 2004 میلادی، ریتز و ویلسچ کو، نشان دادند که میدان های مغناطیسی با فرکانس بالا، می توانند مانع جهت یابی درست سینه سرخ ها شوند. همین امر در مورد پرندگان دیگر هم صدق می کند.
در سال 2007میلادی، « مریام لیدوگل»(7) از دانشگاه اولدنبرگ آلمان دریافت که یک کریپتوکروم از چکاوک باغی می تواند تحت تأثیر نورآبی، جفت رادیکالی تولید کند که چند میلی ثانیه باقی می ماند و این زمان کمتر از آن است که رادیکال تحت تأثیر میدان مغناطیسی زمین قرار گیرد. شولتن می گوید:« این موضوع صد در صد ثابت نشده است اما خیلی ها بر این باورند که کریپتوکروم ها در حس مغناطیسی نقش دارند.»
اما هنوز مشکلاتی باقی است. اخیراً با دستکاری در ساختار ژن ها معلوم شد که قطب نمای حشرات درختی به کریپتوکروم ها متکی است و همین امر در مورد حشرات دیگر از جمله پروانه ها هم صدق می کند. اوایل امسال گروهی که درباره پروانه ها مطالعه می کنند ادعا کردند، زوج های رادیکالی در پروانه ها وجود ندارند. شولتن بر حرفش برای حل این موضوع پافشاری می کند و می گوید:« ما باید در مورد ساختار کریپتوکروم بیشتر بدانیم. یک چیز روشن است و آن اینکه قطب نمای پرندگان در چشم آن ها قرار دارد. در حقیقت ارتباط تنگاتنگ میان دید و احساس مغناطیسی نشان می دهد که پرندگان می توانند میدان های مغناطیسی را ببینند.»
شولتن می گوید: شاید این میدان ها به صورت ناحیه هایی از نور و سایه و در بالای آن چیزی باشند که پرندگان می بینند. ( به شکل های زیر رجوع کنید). به این ترتیب می توان در مورد اقدام « کاترین استاپوت»(8) از دانشگاه فرانکفورت که سعی کرد موقعیت سینه سرخ ها را با پوشاندن چشم راست آن ها با عینک های برفکی مختل کند، توضیح داد، چون پرندگان ممکن است از خط ها و لبه ها برای تشخیص آنچه می بینند و اطلاعات مغناطیسی نامشخص، استفاده کنند. اگر عکس مربوط تیره باشد پرندگان دیگر قادر به تشخیص تصویر و پوشش روی آن نیستند.
استاپوت، فقط چشم راست پرنده را پوشاند زیرا ویلتسچ کو، دریافت که قطب نمای سینه سرخ ها، در چشم راست آن ها است و همین امر در مورد اکثر پرندگان مهاجر، صدق می کند. شاید جالب باشد که بدانید داشتن دو قطب نما در چشم ها، اطلاعات بیشتری به دست نمی دهد و دلیلی وجود ندارد که در هر چشم یک قطب نما، وجود داشته باشد. تاکنون تنها چکاوک های باغی در هر دو چشم، قطب نما داشته اند. این ایده که پرندگان دارای یک نمایشگر برای قطب نمای خود در بالای سرشان هستند بسیار مهیج است اما هنوز اثبات نشده است.

رازهای پرواز

آیا قطب نماهای پرندگان فقط در چشمانشان قرار دارد یا در منقارشان هم حسگرهای مغناطیسی آهنی دارند؟ به نظر می رسد که پرندگان در واقع دارای دو حسگر مغناطیسی هستند. پژوهشگران با بررسی فعالیت اعصاب نشان دادند که حسگرهای مغناطیسی منقار پرنده به تغییرات شدت میدان مغناطیسی واکنش نشان می دهند و کاری با جهت آن ندارند.
کریستال ها می توانند به گیرنده هایی وصل باشند که نیروهای کم را حس می کنند. به همین ترتیب کریستال های متحرک می توانند دریچه های مولکولی را در سطح سلول عصبی باز و بسته کنند و پیام ها(سیگنال ها) را مدیریت کنند.
در هر حال توان احساس قدرت میدان مغناطیسی حتی از داشتن قطب نما هم مفیدتر است. قدرت میدان است و پرندگان هنگام پرواز نقشه ای ذهنی از این فراز و فرودهای مغناطیسی ایجاد می کنند.
برای فهم میزان سودمندی این نقشه ها فرض کنید که در مه شدید در بین کوه ها گیر افتاده اید و سعی دارید به سمت مکان خاصی بروید. در این شرایط، قطب نما به تنهایی کمک کمی می کند. اما اگر به جای آن یک ارتفاع سنج و یک نقشه خطوط تراز در اختیار داشته باشید هم می توانید جای خود را پیدا کنید و هم مسیر حرکت خود را مشخص نمایید. مطالعاتی مانند پژوهش های انجام شده در استرالیا در دهه 1990 میلادی توسط ویلتسچ کو، ایده ایجاد نقشه های تراز توسط پرندگان هستند. آن ها در پژوهش های خود، پرندگان را در معرض امواج(پالس) شدیدی قرار دادند که مغناطیس کریستال های آهن موجود در منقار آن ها را تغییر می دهد، اما تأثیری روی قطب نمای چشم شان ندارد. این کار در مورد پرندگان جوانی که آشیانه خود را ترک کرده بودند تفاوتی ایجاد نمی کرد و آنها همچنان به سمت راست حرکت می کردند.
اما پرندگانی که قبلاً مهاجرت کرده بودند همگی بعد از اعمال امواج به جهت اشتباه رفتند. این نشان می دهد که پرندگان جوان از قطب نمای چشم شان استفاده می کنند در حالی که پرندگان مجرب تر، سعی می کنند که براساس نقشه مغناطیسی ذهنی خود جهت یابی و از گیرنده منقار خود استفاده کنند.
البته در شرایط طبیعی پرندگان از هر چیزی برای مسیریابی استفاده می کنند و تنها متکی به مغناطیس نیستند. آن ها از خورشید و ستاره ها، بو، علایم بصری و حتی شاید صدا برای این کار بهره می گیرند.
در یکی از پژوهش های جدید در مورد توکاها که شب ها مهاجرت می کنند مطالبی در مورد چگونگی ترکیب این اطلاعات ارائه شده است. وقتی توکاها در زمان غروب آفتاب در معرض میدان های مغناطیسی دست ساز یا مصنوعی قرار گرفتند، در شب و هنگامی که آزاد شدند در جهت اشتباه حرکت، اما بعد از دیدن غروب بعدی مسیر خود را اصلاح کردند. بنابراین می توان گفت که بعضی از پرندگان هر روز قطب نماهای خود را طبق خورشید تنظیم می کنند.
در مورد چگونگی دریافت و استفاده از میدان مغناطیسی توسط حیوانات دیگر مطالب اندکی در دسترس است که در زیر بخشی از آن ها را بیان می کنیم. قطب نماهای خرچنگ ها، ماهیان و پستاندارانی مانند موش ها، قطعاً از ساز و کار جفت رادیکال تبعیت نمی کند و احتمالاً آن ها، دارای پایه آهن هستند. همچنین به نظر می رسد که قطب نمای کوسه ها و سگ های دریایی کاملاً متفاوتی دارد و القای الکترومغناطیسی است. یعنی در هنگام شنا در میدان مغناطیسی، جریان های الکتریکی در یک بافت حسگر آن ها القا می شود اما هنوز مشخص نشده است که منشأ حس قدرتمند آن ها برای کشف میدان مغناطیسی ضعیف زمین، چیست؟

پی نوشت ها :

1.Hans Fromme
2.Wolfgang Wiltschko
3.Torsten Ritz
4.Klaus Schulten
5.Spin
6.Cryptochromes
7.Miriam Liedvogel
8.Katrin Stappot

منبع: نیوساینتیست
منبع: نشریه دانشمند، شماره 584..