Las aves usan una amplia
gama de señales para navegar sin desorientarse. Se valen de puntos de
referencia visuales, de la posición del Sol, la Luna y las estrellas, y de la
luz polarizada, que señala la posición del Sol en días nublados. También
aprovechan las señales olfativas y las auditivas. Pero hoy nos vamos a centrar
en la menos conocida de las referencias que guían sus vuelos migratorios: el
campo magnético terrestre.
Para estar bien orientados,
los seres humanos usamos una brújula, que nos señala la dirección deseada, y un mapa, que nos indica la posición geográfica. Las aves, en sus viajes migratorios, sólo
navegan sin mapa y sin brújula cuando existen referencias geográficas
conocidas. Si realizan desplazamientos
que siguen una dirección constante necesitan
una brújula, y si tienen que modificar la dirección por una complicación
imprevista, como un empeoramiento del clima, precisan de mapa y brújula (más información en el artículo publicado el 5/04/2017 en este mismo blog).
Muchas especies animales poseen un sentido de brújula magnética que les permite orientar sus movimientos con respecto al campo geomagnético. La Tierra actúa como un imán gigante, con un polo Norte y un polo Sur interconectados por líneas magnéticas de fuerza. El campo tiene su origen en el núcleo debido a las corrientes de convección y remolinos del material fundido del núcleo. Por otro lado, las rocas magnetizadas de la corteza producen campos localizados, conocidos como anomalías magnéticas. Este imán natural representa una fuente fiable de orientación, ya que los polos magnéticos están próximos a los polos geográficos y no se modifican nunca durante la vida del animal.
El fisiólogo francés Viguier formuló, hace casi un siglo y
medio, la hipótesis de que el campo magnético terrestre podría constituir uno
de los estímulos ambientales utilizados por los animales en su orientación. En
el año 2003 se encontraron depósitos de magnetita
en seis lugares específicos del pico de las palomas y se lanzó la hipótesis de
que estaban situados en las dendritas de las neuronas y actuaban como sensores
magnéticos. La magnetita es un
mineral que tiene propiedades
ferromagnéticas, es decir, es capaz de atraer a ciertos metales como el hierro. Pero una investigación posterior dirigida por el prestigioso biólogo Henrik Mouritsen, demostró que estos depósitos
se encuentran en unas células inmunitarias (macrófagos) que no están relacionadas
de ninguna forma con las neuronas, concluyendo que la brújula de las aves no se
encontraría en su pico. Este mismo investigador ya había apuntado con
anterioridad que estas partículas podrían encontrase en una región del cerebro, denominada Clúster N, en el ámbito de los centros
visuales.
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Bacterias Magnetospirillum, capaces de sintetizar partículas de magnetita (en rojo en la fotografía)
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Las aves no son los únicos
seres vivos que disponen de estas partículas magneto-receptoras. Ciertas bacterias acuáticas son capaces de
sintetizarlas (Magnetospirillum y Magnetococcus) y les permiten orientarse
en el ambiente que habitan. También existen en otros vertebrados como las
truchas y las tortugas, y en insectos como las abejas. Incluso los seres
humanos tenemos depósitos magnetita en el hueso etmoides de la nariz (situado entre
las órbitas de nuestros ojos) que podrían sugerir cierta relación con la orientación
espacial.
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| Hueso etmoides (en rojo) |
Otros investigadores han
buscado la sensibilidad magnética en receptores sensitivos del ojo. En este
caso, un pigmento de la retina sería capaz de transducir tanto la luz como el
campo magnético en impulsos eléctricos, lo que permitiría “ver” las líneas del
campo magnético terrestre. Que la orientación también requiere de la visión lo
prueba el simple hecho de que las aves cegadas no pueden orientarse mediante el
magnetismo. Ciertas evidencias prueban que la magneto-recepción es procesada en
una parte del cerebro dedicada a la visión nocturna. Las células de la retina que
muestran actividad durante la orientación magnética presentan una elevada concentración
de criptocromos, un tipo de fotorreceptores
que existen también en otros seres vivos. Son proteínas que regulan procesos
diversos en las plantas (como la germinación o el fotoperiodo) y en los
animales (como el ritmo circadiano o la detección de campos magnéticos).
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| Mosca de la fruta (Drosophila melanogaster) |
En 2015, un equipo de
investigadores chinos descubrió otra clase de proteína que podría estar detrás de
estos procesos. La molécula, bautizada como MagR,
es una proteína compleja que se detectó en primer lugar en el genoma de la
mosca de la fruta (Drosophila melanogaster). Esta biomolécula es capaz de unirse a un
criptocromo fotosensible (Cry), y se alinea de forma espontánea
con la dirección de los campos magnéticos externos. También se comprobó que la
asociación MagR/Cry se produce de forma
regular en la retina de las palomas, en mariposas, en cetáceos e incluso en las
células humanas.
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| Diamante mandarín (Taeniopygia guttata) |
En 2018 hubo un avance
importante en la comprensión de este sistema complejo de orientación gracias a
los trabajos de un equipo de biólogos de
la Universidad de Lund, en Suecia, y otro grupo de la Universidad Carl von
Ossietzky de Oldemburgo, en Alemania. El equipo de investigadores
suecos analizó la presencia de tres criptocromos
en la retina de los ojos, en los músculos y el cerebro del diamante mandarín (Taeniopygia guttata), un pájaro originario
de Australia. El objetivo era determinar cuál de los criptocromos 1, 2 y 4 desempeña también una función magneto-receptora.
Los investigadores alemanes intentaron identificar el magneto-receptor en la
retina del petirrojo europeo (Erithacus
rubecula), un conocido pájaro europeo. Para que el resultado de la búsqueda
fuera más significativo, compararon las mediciones con las muestras hechas en
los pollos de la gallina doméstica, que no es una especie migradora (de hecho, no
es ni voladora).
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| Petirrojo europeo (Erithacus rubecula) |
Las tres proteínas citadas
desempeñan un papel en la regulación de los ritmos circadianos, es decir, las
oscilaciones de las variables biológicas en intervalos regulares de tiempo,
como en el paso del día a la noche, o de una estación de año a otra. El criptocromo 1 y el 2 están presentes en
la retina de todas las especies mencionadas de aves, sean migradoras o
sedentarias, aunque sus concentraciones varían entre el día y la noche. Solo el
criptocromo 4 (Cry 4) fue hallado en los pájaros nómadas, en una concentración que
además era constante de día y de noche. Por lo tanto, el Cry 4 se convertía en el mejor candidato a receptor geomagnético,
puesto que las aves deben orientarse constantemente. Además, el ensayo alemán
reveló que en los petirrojos la presencia de esta proteína fue más alta durante
la época de migraciones y más baja en el resto del año. De otra parte, se confirmó
que tampoco estaba presente en la retina de los pollos de gallina, corroborando
la hipótesis inicial.
Estos estudios han demostrado
también que la magneto-recepción aviar depende de ciertas ondas de luz, específicamente
de la luz azul. Los autores sugieren que la visión de los pájaros incluye un
filtro magnético interpuesto sobre el campo de visión general. Este filtro
resalta una parte del cuadro mientras que oscurece otra, en función de la
dirección de la mirada. Aunque no podemos saber cómo
se ve el mundo a través de los ojos de un petirrojo, Ilia Solov'yov y Klaus
Schulten, del grupo de Biofísica
Teórica y Computacional de la Universidad de Illinois, han elaborado una
simulación de cómo sería el filtro de campo magnético sobre el área de visión
del ave, y el resultado se muestra en la imagen de abajo.
La imagen muestra la
perspectiva del paisaje registrada desde una altitud de vuelo de 200 m sobre el
suelo, con las direcciones cardinales indicadas. El campo visual de un pájaro
se modifica mediante el filtro magnético, de forma que el área de visión filtrada
se muestra en escala de grises, y acoplada a la escala, se ofrece la imagen
visual normal que el pájaro vería, siempre y cuando la visión “magnética” y “normal”
utilicen la misma vía neuronal en la retina. Los patrones se muestran para un
pájaro que mira ocho direcciones cardinales (N, NE, E, SE, S, SW, W y NW). El
ángulo de inclinación de las líneas de campo geomagnético es de 66°, un valor
característico de la región alemana de Frankfurt, lugar en donde se hizo el
estudio.
Como expresan los autores de
este interesante trabajo, a pesar de décadas de estudio, la base física del
sentido magnético en las aves sigue siendo difícil de comprender. La
brújula magnética es una entidad compleja con propiedades sorprendentes. Hasta
ahora sabemos que la parte que no depende de la magnetita se encuentra en el
ojo del pájaro, sólo detecta cambios en la inclinación de las líneas de campo
magnético y sólo trabaja si hay disponibles longitudes de onda de luz azul. Pero
queda aún mucho camino por recorrer en la comprensión de este misterioso
sentido.
José Antonio López Isarría