Une équipe de recherche internationale dirigée par des scientifiques de l’Université de Bonn, de l’Hôpital universitaire de Bonn et de l’Institut Max Planck du comportement animal a identifié des macrophages supermagnétiques dans le foie des pigeons voyageurs (Columba livia domestica) qui semblent essentiels à la navigation lorsque le Soleil n’est pas visible, pointant vers un mécanisme entièrement nouveau de magnétoréception animale.
La capacité de déterminer sa position et de maintenir un cap vers une destination est essentielle à la survie de nombreux animaux.
Des études sur le terrain ont montré que de nombreuses espèces dépendent du champ magnétique terrestre pour s’orienter, en particulier lorsque les repères visuels ne sont pas disponibles ou peu fiables.
Les oiseaux ont servi de modèle clé pour étudier cette capacité. Les oiseaux chanteurs migrateurs, par exemple, peuvent maintenir une direction de vol calibrée magnétiquement sur des centaines de kilomètres, même lorsqu’ils voyagent la nuit ou sous un ciel couvert.
On pense que les pigeons voyageurs combinent des repères visuels et des odeurs environnementales pour déterminer leur emplacement et peuvent également s’appuyer sur des informations magnétiques.
Pour maintenir le cap choisi, les oiseaux utilisent soit un compas solaire, soit un compas magnétique, qui peuvent fonctionner indépendamment.
Contrairement à d’autres systèmes sensoriels de vertébrés dotés d’organes récepteurs bien définis, les mécanismes de la magnétoréception sont restés insaisissables et largement débattus malgré des décennies de recherches intensives.
« Nous ne nous attendions pas du tout à ce que les cellules immunitaires agissent comme des capteurs de champs magnétiques », a déclaré le professeur Christian Kurts de l’hôpital universitaire de Bonn.
« Nos résultats révèlent un mécanisme jusqu’alors inconnu de perception magnétique chez les animaux. »
Dans cette nouvelle recherche, le professeur Kurts et ses collègues ont identifié une population de cellules immunitaires spécialisées – les macrophages – dans le foie des pigeons voyageurs, qui possèdent des propriétés magnétiques suffisamment puissantes pour répondre au champ géomagnétique terrestre.
Lorsque ces cellules ont été éliminées expérimentalement, les pigeons relâchés sous un ciel couvert ont complètement perdu leur capacité à rentrer chez eux.
Les oiseaux dont les macrophages étaient épuisés mais qui avaient été relâchés lors des journées ensoleillées sont revenus sans difficulté, ce qui suggère que le système hépatique intervient spécifiquement lorsque les signaux visuels comme le Soleil ne sont pas disponibles.
« Ce qui ressemble à une ‘instinct’ dans la navigation des oiseaux peut en réalité avoir une base physique », a déclaré le professeur Martin Wikelski, directeur de l’Institut Max Planck du comportement animal.
Les cellules en question sont superparamagnétiques, ce qui signifie qu’elles se comportent comme de minuscules aimants à basse température.
Les chercheurs pensent que les cellules acquièrent cette propriété grâce à leur fonction biologique ordinaire : décomposer les globules rouges vieillissants et accumuler le fer libéré par l’hémoglobine, stocké sous forme de ferritine.
Le même type de macrophages superparamagnétiques avait déjà été découvert dans la rate de souris et d’humains, mais leur rôle possible dans la détection de la direction n’avait jamais été exploré.
Lors des expériences sur les pigeons, 34 oiseaux ont été entraînés à parcourir un parcours de 19 km d’ouest en est.
Les scientifiques ont ensuite divisé les oiseaux en deux groupes, administrant à un groupe un traitement de destruction des macrophages hépatiques avant de relâcher tous les oiseaux dans des conditions nuageuses.
Chaque oiseau témoin est rentré chez lui en 70 minutes. Pas un seul pigeon dépourvu de macrophages n’est revenu ce jour-là, dérivant dans des directions apparemment aléatoires.
Lorsque les mêmes oiseaux épuisés ont été testés à nouveau sous un ciel ensoleillé, ils se sont installés normalement.
« Nous avions des indices selon lesquels le foie et la rate ont des propriétés magnétiques, car ils décomposent les globules rouges et stockent ainsi beaucoup de fer dans le corps », a déclaré le Dr Clivia Lisowski, chercheuse à l’Université de Bonn et à l’hôpital universitaire de Bonn.
« Le fer est cristallisé dans des nanoparticules d’oxyde qui rendent les cellules superparamagnétiques et réactives aux champs magnétiques », a ajouté le Dr Ulf Wiedwald, chercheur à l’université de Duisburg-Essen.
« Nous avons trouvé de loin la réponse magnétique la plus forte dans les tissus hépatiques. »
Les auteurs proposent que les macrophages hépatiques, situés à proximité des fibres nerveuses, transmettent des signaux géomagnétiques au cerveau via le nerf vague – une voie de communication déjà connue pour relier les organes périphériques au traitement central.
Plutôt qu’une seule cellule détectant le champ, ils suggèrent que le système dépend d’un signal collectif provenant de nombreux macrophages agissant de concert.
Les résultats, s’ils étaient reproduits, pourraient remodeler la compréhension de la magnétoréception bien au-delà des pigeons.
« Ces résultats fournissent la première preuve concrète de la manière dont le champ magnétique terrestre peut être perçu dans le corps et transmis au cerveau pour guider les mouvements », a déclaré le Dr Lisowski.
« L’étude rassemble des processus biologiques connus, notamment le métabolisme du fer et la manière dont les systèmes immunitaire et nerveux communiquent, pour apporter une réponse claire à la question fondamentale de la façon dont les animaux se déplacent. »
« La navigation animale est l’un des phénomènes naturels les plus fascinants », a déclaré le Dr Wikelski.
« Si les cellules immunitaires faisaient partie de la façon dont les oiseaux détectent la direction, cela changerait fondamentalement notre façon de comprendre la navigation. »
