I piccioni sono famosi per la loro incredibile capacità di riuscire a ritrovare sempre la strada di casa, anche se liberati in luoghi lontani e a loro totalmente sconosciuto. Sappiamo infatti che riescono a orientarsi usando il campo magnetico terrestre, ma come riescano a farlo esattamente è stato a lungo un vero e proprio mistero.
Per decenni, gli scienziati hanno infatti cercato nei posti sbagliati come occhi, becco, cervello e recentemente persino le orecchie: erano questi i candidati per spiegare come un piccione riuscisse a leggere e a sfruttare il campo magnetico come una mappa. Nessuna ipotesi aveva però retto del tutto all'esame sperimentale.
Ora un nuovo studio che si è guadagnato la copertina della prestigiosa rivista Science propone un'ipotesi inedita: il meccanismo che permette ai piccioni di percepire il campo magnetico terrestre si trova nel fegato, non nel sistema nervoso centrale, e coinvolge cellule del sistema immunitario che nessuno aveva mai pensato di studiare.
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Un organo per fare le analisi del sangue e, a quanto pare, per orientarsi
Il fegato ha molte funzioni. Una, meno nota, è che smaltisce i globuli rossi invecchiati: li scompone e ne recupera i componenti, compreso il ferro. È proprio questo processo a rendere il fegato un organo naturalmente ricco di ferro, e a renderlo anche, come hanno scoperto i ricercatori, l'organo con la risposta magnetica più forte tra tutti quelli esaminati.
Il team di studiosi – che ha coinvolto immunologi dell'Università di Bonn, fisici dell'Università di Duisburg-Essen e ornitologi del Max Planck Institute of Animal Behavior – ha usato tecniche di magnetometria e separazione cellulare per misurare le proprietà magnetiche di diversi tessuti: occhi, becco, cervello, fegato, milza. Il fegato ha vinto questa gara.
"Avevamo qualche indizio che fegato e milza avessero proprietà magnetiche, perché smaltiscono i globuli rossi e immagazzinano molto ferro", ha spiegato la prima autrice dello studio Clivia Lisowski dell'Università di Bonn. Ma quello che hanno trovato va molto oltre un semplice indizio.
I macrofagi: cellule immunitarie che diventano bussole
Le cellule responsabili sono i macrofagi, un tipo di cellula immunitaria il cui nome significa letteralmente "grande mangiatore" e che agiscono come "spazzini" dell'organismo: fagocitano i globuli rossi esauriti e ne accumulano il ferro sotto forma di nanoparticelle di ossido di ferro cristallizzato. È questa struttura che li rende superparamagnetici, ovvero capaci di rispondere ai campi magnetici della Terra.
"Il ferro si cristallizza in nanoparticelle di ossido, rendendo le cellule superparamagnetiche e reattive ai campi magnetici. Abbiamo trovato di gran lunga la risposta magnetica più forte nel tessuto epatico", ha spiegato invece il fisico Ulf Wiedwald della Duisburg-Essen.
Per capire se e come i macrofagi influenzassero davvero la navigazione e l'orientamento, e che non si trattasse solo di una proprietà fisica senza conseguenze comportamentali, il team ha fatto volare piccioni addestrati a tornare all Max Planck Institute di Costanza da distanze superiori ai venti chilometri. Prima del volo, ad alcuni di loro erano stati però rimossi i macrofagi epatici.
Il risultato è stato netto: senza macrofagi, i piccioni perdevano l'orientamento nei giorni nuvolosi, quando il sole non era visibile. Quando invece il cielo era sereno, tornavano comunque, usando come riferimento proprio il sole, una seconda bussola che evidentemente non dipende dal fegato. Ma nella nebbia, senza sole e senza macrofagi erano del tutto disorientati.
Come il fegato parla al cervello
Resta ancora un punto da chiarire: come fanno le cellule del fegato a comunicare le informazioni magnetiche al cervello? L'analisi al microscopio elettronico mostra che i macrofagi ricchi di ferro si trovano in prossimità di fibre nervose. È un contatto fisico che suggerisce quindi un collegamento diretto: il campo magnetico agisce sui macrofagi, i macrofagi segnalano ai nervi, i nervi portano l'informazione al cervello.
"Questi risultati forniscono le prime prove concrete di come il campo magnetico terrestre possa essere percepito all'interno del corpo e trasmesso al cervello per guidare il movimento", ha sottolineato Lisowski.
Il professore Christian Kurts, direttore dell'Istituto di Medicina Molecolare e Immunologia Sperimentale dell'Università di Bonn e coautore senior dello studio, è stato ancora più diretto: "Non ci aspettavamo affatto che le cellule immunitarie potessero funzionare da sensori per i campi magnetici. I nostri risultati rivelano un meccanismo precedentemente sconosciuto per la percezione magnetica negli animali".
Una scoperta che potrebbe andare ben oltre i piccioni
Quello che rende questa ricerca particolarmente rilevante è che il meccanismo descritto non è così complesso o specializzato: combina infatti tra loro processi biologici ordinari – il metabolismo del ferro, la comunicazione tra sistema immunitario e sistema nervoso – per ottenere qualcosa di straordinario: riuscire a leggere il campo magnetico terrestre per orientarsi nello spazio.
I macrofagi che smaltiscono i globuli rossi sono presenti del resto in quasi tutti i vertebrati. Gli squali, per esempio, si orientano anche in assenza di luce solare su distanze oceaniche: potrebbero usare un meccanismo simile? E gli esseri umani, che hanno anch'essi macrofagi epatici e ferro nel sangue? E tutti gli altri uccelli che migrano tra interi continenti?
"La navigazione animale è uno dei fenomeni più affascinanti della natura", ha detto Martin Wikelski, direttore del Max Planck Institute of Animal Behavior. "Se le cellule immunitarie fanno parte del modo in cui gli uccelli percepiscono la direzione, cambierebbe radicalmente la nostra comprensione su come si orientano".
Per ora le domande aperte restano tante, in particolare su come il cervello elabori i segnali che arriva dal fegato. Ma il punto di partenza è già, di per sé, un traguardo importante: la capacità di sentire il campo magnetico della Terra molto probabilmente non è una questione di organi e sensi altamente specializzati come immaginavamo. È, letteralmente, una questione di fegato.
