De postduif vliegt dan tóch niet haar snavel achterna

Het is als mysterie een van de evergreens uit de biologie: hoe vinden postduiven zo goed de weg naar huis, soms over afstanden van meer dan duizend kilometer? Duiven oriënteren zich tijdens hun vluchten op het aardmagnetisch veld, net als mogelijk andere dieren die grote afstanden afleggen. Dat kunnen ze, is de meest gangbare hypothese tegenwoordig, dankzij een soort ingebouwd kompas in hun snavel.

Speciale zenuwcellen voorin de snavel bevatten ijzerdeeltjes (magnetiet) die reageren op het magnetisch veld van de aarde. De cellen functioneren als 'magnetoreceptoren' en geven de informatie vervolgens door aan het brein van de vogel. Zo kan de duif haar richting, hoogte en locatie bepalen.

Onzin, aldus een studie van onderzoekers van onder meer het Instituut van Moleculaire Pathologie in Wenen en het University College London, die verscheen in Nature. Die ijzerhoudende cellen in de snavel zijn helemaal geen zenuwcellen maar 'macrofagen', gespecialiseerde witte bloedcellen die ziektekiemen opruimen en het ijzer uit rode bloedcellen recyclen.

Hoogst onwaarschijnlijk dat zulke afweercellen een rol spelen in het detecteren van het magnetisch veld. En als ze dat al doen, kunnen ze die signalen niet doorgeven aan het brein. Bovendien komen de cellen in duiven in allerlei aantallen voor - raar bij zo'n belangrijke functie als navigeervermogen.

Bek vol ijzer

Günther en Gerta Fleissner van de J.W. Goethe-Universität in Frankfurt am Main, auteurs van de studie uit 2003 waarin het bestaan van de ijzerhoudende zenuwcellen in de snavel voor het eerst werd aangetoond, betonen zich not amused, zo blijkt uit een verklaring. Daarin bekritiseren ze zowel de methoden als de conclusies van de studie in Nature.

"Het feit dat de auteurs de structuren in de vogelsnavel die eerder zijn beschreven als kandidaten voor magnetoreceptoren niet hebben gevonden, wil niet zeggen dat ze niet bestaan! Het is een hele klus om ijzerhoudende zenuwcellen te vinden en het is dus niet verbazingwekkend dat deze auteurs ze over het hoofd hebben gezien. Het artikel is gekleurd door het vooringenomen idee van de auteurs dat de zenuwcellen macrofagen zijn", zo klinkt het verbolgen vanuit Frankfurt.

Volgens de Fleissners is biogeen ijzer goed aangetoond en onderzocht. Het zit in allerlei cellen en is daar nodig voor tal van cellulaire processen. Niet gek dus dat de Nature-auteurs ijzerhoudende cellen vonden, wel gek dat ze er zo verbaasd over zijn. "De lezer vraagt zich wel af wat dan wel het nieuwe van deze bevindingen is, dat dit manuscript door Nature is geaccepteerd."

De Fleissners bekritiseren ook de manier waarop de Nature-auteurs hun ijzerhoudende cellen hebben gedetecteerd en geanalyseerd. Zo zouden ze door de wijze van couperen zenuwcellen over het hoofd kunnen zien.

Wij hebben nooit gezegd dat ijzer alleen in magnetoreceptoren voorkomt, aldus de verklaring van de Fleissners, maar we hebben wel in detail beschreven hoe je zenuwcellen die zouden kunnen dienen als magnetoreceptoren kunt onderscheiden van andere ijzerhoudende structuren in de snavel.

Magnetische hersenstam

David Keays, onderzoeksleider van de Weense groep, reageert getergd aan de telefoon. "Wij waren van plan het onderzoek van de Fleissners te herhalen, om vervolgens de moleculaire basis van de magnetoreceptoren te gaan bestuderen. We dachten dat wel in een week of twee te kunnen doen. We hebben er uiteindelijk vier jaar aan gewerkt, maar zonder succes. Er zijn gewoon geen gegevens die hun hypothese ondersteunen."

Kritiek op zijn methode wijst Keays van de hand. "Wij hebben 200 vogels onderzocht, zij twaalf. Zij schraapten weefsel van de snavels, wij sneden de hele snavel aan plakjes en telden alle cellen met de hand. We hebben 250.000 coupes, maar nooit ook maar iets gevonden."

Onze methoden waren superieur, zegt Keays. "Wij hebben de ijzerhoudende cellen ook gevonden, al zaten ze op een andere plek dan zij beweerden. En het bleken ook geen zenuwcellen te zijn. Bovendien waren er enorme verschillen tussen vogels: de ene vogel had 100.000 cellen, de andere maar 200. Als het echt magnetoreceptoren waren geweest, zou je toch min of meer gelijke aantallen hebben verwacht."

Zijn we dus terug bij af? Niet helemaal, zegt Keays. "Vogels kunnen een magnetisch veld detecteren, het blijft alleen een groot mysterie hoe ze dat doen. Dat er geen magnetoreceptoren in de snavel zitten, wil nog niet zeggen dat er geen magnetoreceptoren bestaan. We kijken nu naar het epitheel van het reukorgaan, want daar zitten ze ook bij de forel. We hopen dat we daar wel succes hebben, maar we zijn voorzichtig. Want de aanwezigheid van ijzerdeeltjes in cellen betekent nog niet dat het ook magnetiet is. Die les hebben we nu hardhandig geleerd."

Als er een deur dichtvalt, gaat er een raam open, zegt het spreekwoord. Amerikaanse neurowetenschappers melden deze week in Science dat ze een aantal zenuwcellen in de hersenstam hebben gevonden die lijken te fungeren als magnetoreceptoren. Ze testten zeven duiven in een pikdonkere kamer met een manipuleerbaar magnetisch veld. Enkele tientallen zenuwcellen bleken te reageren op de richting, intensiteit en polariteit van het magnetisch veld.

"Het is nog steeds onbekend wat in de vogel precies dienstdoet als een receptor, maar in onze huidige studie zijn we wel in staat om te laten zien dat zenuwcellen in het brein van de duif op de richting en intensiteit van het magnetische veld reageren", vertelt onderzoeker J. David Dickman. "En we denken dat de duiven zo weten waar ze zich op aarde bevinden." De onderzoekers baseren hun conclusies op experimenten. Ze stelden duiven bloot aan een veranderend magnetisch veld en hielden ondertussen de hersenactiviteit in de gaten.

Cellen in het binnenste deel van het oor reageerden sterk op het veranderende magnetische veld. "De cellen reageerden op de hoek en intensiteit van het magnetische veld."

De onderzoekers zijn ervan overtuigd dat cellen in dit deel van de hersenen in ieder geval betrokken zijn bij het opmerken van het magnetisch veld van de aarde, zo is in Science te lezen. De cellen merken het veld op en sturen informatie door naar de rest van het brein. Die informatie gebruiken de duiven om een soort 'kaart' te maken en aan de hand van die kaart navigeren ze.

Mens heeft er baat bij

Het mysterie van de navigerende duif is daarmee nog lang niet opgelost, maar we zijn wel een stuk dichter bij de oplossing gekomen, zo suggereren de onderzoekers.

Nadere studies moeten precies achterhalen hoe de duif navigeert. Dat onderzoekers dat graag willen weten, is niet verwonderlijk. Want ook wij mensen kunnen baat hebben bij de uitkomsten van dat onderzoek. Er zijn namelijk nogal wat overeenkomsten tussen het brein van een vogel en dat van een mens.

Wanneer we weten hoe duiven van die 'kaarten' maken, kunnen we ook achterhalen hoe wij mensen dat doen en hoe stoornissen het deel van het brein dat deze kaarten moet maken, aantasten.