Patrycja Piotrowska
IX Liceum Ogólnokształcące im. Klementyny Hoffmanowej w Warszawie
Ptaki są zwierzętami potrafiącymi odbywać migracje nawet na wiele tysięcy kilometrów, bezbłędnie orientując się̨ przy tym w przestrzeni. Jakich w takim razie używają̨ sposobów na nawigację? Jak ich mózg przetwarza informacje, pozwalające im nawigować́?
Nawigacja na długim dystansie składa się̨ z kilku faz. Na początku, gdy ptak jest oddalony od celu o ponad 200 km, korzysta z informacji, których dostarcza mu jego wewnętrzny kompas słoneczny, gwiezdny i geomagnetyczny. W drugiej fazie, kiedy odległość́ ptaka od celu wynosi od 200 km do 1 km, ważne są̨ dla niego wyuczone wcześniej mapy, bazujące na wzroku, węchu i zmyśle magnetycznym. W ostatniej fazie, gdy zwierzę̨ dzieli tylko kilometr od końca wędrówki, jako punkty orientacyjne służą̨ mu charakterystyczne elementy terenu.
Zegar biologiczny
Ptaki w pierwszym roku życia nie mają jeszcze wyuczonych map, ponieważ te przychodzą wraz z doświadczeniem, zatem podczas migracji posługują̨ się jedynie strategią „zegara i kompasu”. Ptaki posiadają̨ okołoroczny oraz okołodobowy zegar biologiczny, który pozwala im „wiedzieć́”, jaka jest pora roku, nawet jeśli niedostępne są dla nich wskazówki taki, jak zmiana długości dnia i temperatury. Na oba te zegary wpływa wydzielanie melatoniny. Działanie zegara okołodobowego warunkują̨ niektóre białka, których produkcja odbywa się na zasadzie negatywnego sprzężenia zwrotnego (aktywność genów tych białek jest regulowana przez ich produkty), ma też związek z odbieraniem światła poprzez fotoreceptory na siatkówce i z działaniem szyszynki. Sam obszar mózgu odpowiadający za zegar biologiczny ptaków to najprawdopodobniej medial SCN i/lub visual SCN (SCN – jądra nadskrzyżowaniowe). SCN wydziela noradrenalinę, która hamuje syntezę̨ melatoniny.
Kompas słoneczny i gwiezdny
Ptaki potrafią̨ posługiwać się̨ swoim wewnętrznym kompasem gwiezdnym i słonecznym. Wymaga to wcześniejszej nauki – obserwacji ruchu obrotowego gwiazd, tak, by nauczyć się wykrywać północny biegun niebieski oraz ścieżki Słońca na niebie. Być może nie należy postrzegać tych kompasów jako dwóch rożnych, ponieważ skalibrowanie obu opiera się̨ na obserwacji rotacji – albo nieba dziennego, albo nocnego. Ponieważ jest to rotacja o bardzo niskiej prędkości, która wydaje się̨ być́ w ogóle niewykrywalna dla ptaków, prawdopodobnie są one ją w stanie wykryć i zinterpretować, porównując zmianę̨ między wyglądem nieba w danej chwili, a jego wyglądem jakiś czas wcześniej w odniesieniu do układu terenu. Ptaki używają zatem wspomnień.
Jak wygląda działanie tych kompasów na poziomie neuronalnym? Najprawdopodobniej w przenoszenie i przetwarzanie informacji zaangażowane są główne obszary wzrokowe, m. in. ich obszary asocjacyjne, czyli części nidopallium i mesopallium. Informacje wymienia z nimi także hipokamp.
Kompas magnetyczny
Następny z kompasów używanych przez ptaki to kompas magnetyczny. Pozwala im na rozróżnianie kierunku w stronę równika od kierunku w stronę bieguna, wymaga wcześniejszego skalibrowania na podstawie obserwacji nieba. Magnetorecepcja prawdopodobnie jest światłozależna i opiera się na procesach chemicznych, w które zaangażowane są wolne rodniki. W takim przypadku rolę sensorów molekularnych pełniłyby kryptochromy. Obszar mózgu, który najpewniej ma związek z magnetorecepcją, to „Cluster N”, część wzrokowa hyperpallium. Kompas magnetyczny do działania potrzebuje informacji o grawitacji, dlatego polega także na zmyśle równowagi. W integrowanie informacji na temat pola magnetycznego oraz grawitacji może być zaangażowany hipokamp. Jest też możliwe, że ptaki postrzegają pole magnetyczne jako wrażenie wzrokowe.
Mapa geometryczna
Ptaki doświadczone, oprócz kompasu, są także w stanie nawigować na podstawie wyuczonych map. Te budowane są one dzięki informacjom zapachowym, geomagnetycznym, na temat wyglądu terenu.
Dyskusyjna jest obecność u ptaków map geomagnetycznych oraz ich dokładność. Nie ma bowiem pewnych informacji na temat sensorów magnetycznych. Sugeruje się, że w tworzenie mapy magnetycznej zaangażowany jest nerw oczny, przy czym raczej nie odpowiada on za kompas magnetyczny. Nerw ten kieruje informację do jąder czuciowych pnia mózgu, następnie jest przekazywana prawdopodobnie do jądra podstawnego Meynerta i przedniego nidopallium.
Mapa zapachowa
Gołębie w drodze do gołębnika zaczynają lecieć w złym kierunku, kiedy nie odczuwają zapachów w miejscu wypuszczenia, za to wyczuwają informacje zapachowe z innego miejsca. Sztucznie rozpylane zapachy także przeszkadzają im w nawigacji. Węch jest również bardzo istotny podczas orientacji w przestrzeni ptaków morskich. Mapa zapachowa ptaków może być bazowana na stosunkach stężeń pewnych kluczowych związków chemicznych w atmosferze. Informacja zapachowa, na której podstawie jest budowana, z nabłonka węchowego jest przenoszona nerwami węchowymi do opuszki węchowej, a potem do kory gruszkowatej, części hyperpallium, części ciała migdałowatego. Kora gruszkowata oddziałuje dalej także z obszarami wzrokowymi, limbicznymi, hipokampu. Jeśli porówna się aktywność kory gruszkowatej u gołębi wypuszczonych w nieznanym miejscu, trzymanych w zamknięciu w nieznanym miejscu i wypuszczonych w znanym miejscu, u pierwszej grupy jest ona największa, u ostatniej natomiast najmniejsza. Można to wyjaśnić tym, że dwie pierwsze grupy stykają się z nowymi zapachami.
Mapa wizualna
Kiedy gołębie uczą się wracać do swojego gołębnika, z biegiem czasu ustalają określoną ścieżkę lotu do celu na końcowym etapie podróży, co sugeruje, że są w stanie nauczyć się nawigacji na podstawie wyglądu otaczającego gołębnik środowiska. Ptaki orientują się albo na podstawie charakterystycznych elementów terenu, albo jego ogólnej geometrii. Lewa półkula mózgu odpowiada za ten pierwszy sposób, prawa – za drugi. Informacje do mapy wizualnej są najprawdopodobniej przenoszone przez drogę wzrokową i używane przez hipokamp do obliczeń nawigacyjnych.
Rola hipokampu ptaków
Hipokamp ptaków jest zaangażowany w korzystanie z wyuczonych map, bowiem jego defekty utrudniają nawigację wyłącznie nad znanym terenem. Defekt lewej części hipokampu skutkuje upośledzeniem zdolności nauki map oraz kompasu słonecznego przez ptaki. Hipokamp jest o tyle ważny, że najpewniej integruje informacje potrzebne do nawigacji – z kompasu słonecznego, gwiezdnego, magnetycznego, mapy węchowej, magnetycznej i układu terenu.
Integracja informacji w przodomózgowiu
Ptaki muszą integrować różne informacje sensoryczne w przodomózgowiu. Jest możliwe, że dzieje się to w części nidopallium (NCL), które jest odpowiednikiem ssaczej kory przedczołowej. Otrzymuje ono także informacje z układu limbicznego, czyli dotyczące procesów emocjonalnych. Mógłby to zatem być obszar w ptasim mózgu odpowiedzialny za nadawanie celów, dobór odpowiednich reakcji, podejmowanie decyzji, zmianę wcześniejszej strategii przy pojawieniu się nowych, istotnych informacji. Nie znaczy to jednak, że w tej części nidopallium znajduje się konkretne miejsce, które byłoby odpowiedzialne za kompas lub mapę. Informacje je tworzące są bowiem przechowywane w mózgu w sposób rozproszony.
Źródła:
