家鴿依靠肝臟裡的巨噬細胞導航
- 演化之聲
- 7月10日
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家鴿（Columba livia domestica）能從陌生地點飛回巢中，牠們並不是只靠單一線索飛行，陽光、地景、氣味與地磁場都可能參與其中。當天空晴朗時，太陽方位可提供穩定的方向參考；當天空完全陰暗、太陽與偏振光線索消失，視覺地標也變得不可靠時，家鴿仍可能依靠地球磁場維持航向。問題在於，鳥類究竟用身體的哪一個部位感受磁場？這個問題爭論多年，過去主要有三種想法，其一是眼睛裡的隱花色素（cryptochrome）可能在光照後形成自由基對（radical pair），並透過自由基中未成對電子的自旋變化感受磁場；其二是喙部含鐵顆粒可能順著地磁排列，並透過三叉神經傳遞方向資訊；其三是磁場也可能影響細胞膜或離子通道，而牽動神經活動。但這些想法各有缺口，無法完全解釋各個層面的情況。
於是一項研究提出了一個非常不同的方向，家鴿的地磁導航可能與肝臟中的巨噬細胞（macrophage）有關。巨噬細胞是一種先天免疫系統（innate immune system）的吞噬細胞，處在全身各種組織中，會對死亡的細胞或病原體進行吞噬予以清除。研究者先用振動樣品磁強計（vibrating sample magnetometer）檢查家鴿不同器官，包括肝臟、脾臟、肌肉、內外喙部等組織，發現肝臟與脾臟在低溫下會出現明顯的超順磁性訊號，其中肝臟訊號尤其清楚；肌肉與喙部的磁性反應則弱得多，可看出家鴿肝臟內可能聚集了能產生磁性反應的鐵相關結構。接著研究者用普魯士藍染色尋找三價鐵，找到大量含鐵細胞位於肝血竇（hepatic sinusoid）附近，脾臟只有少量，而腦、肌肉、眼睛與喙部則沒有同樣的含鐵細胞分布。
這些含鐵細胞的外觀與位置很像巨噬細胞，為了確認這些含鐵細胞是否真的是巨噬細胞，研究者使用氯膦酸脂質體（clodronate liposome），這種製劑會被巨噬細胞吞噬引發巨噬細胞死亡，常用來在活體中暫時清除巨噬細胞。家鴿接受氯膦酸脂質體靜脈注射 24 小時後，肝臟中任何對於含鐵細胞的相關檢驗都觀察到大幅減少的趨勢。因此這些能帶來超順磁性訊號的細胞，最合理的身分就是肝臟內富含鐵的巨噬細胞。
然而肝臟裡的免疫細胞如果感受磁場，訊號又如何傳達到大腦？經過檢查家鴿肝臟組織，發現含鐵巨噬細胞位在肝臟神經纖維附近。組織染色顯示肝門三體（hepatic portal triad）附近存在神經束，而含鐵巨噬細胞與這些神經結構出現在相近區域。電子顯微鏡則看到無髓鞘軸突束（bundles of unmyelinated axons）、神經絲（neurofilament）、神經傳遞囊泡等結構，旁邊常有巨噬細胞靠近。不過這些結果不能直接證明訊號會從巨噬細胞傳到神經，但至少提供了一個合理的解剖基礎，肝臟巨噬細胞可能透過與自主神經系統的近距離互動，把磁場相關訊息送往腦部。
最有說服力的部分來自行為實驗，研究者訓練 34 隻家鴿，讓牠們能從西方約 19 公里外的位置飛回巢中。完成 10 次成功訓練飛行後，研究者在天氣預報隔天完全陰天時，將家鴿分成對照組與注射氯膦酸脂質體的實驗組。24 到 28 小時後，牠們在完全陰天條件下被單獨釋放，並以即時 GPS 裝置追蹤。結果非常清楚，對照組家鴿全部在 70 分鐘內返巢；接受氯膦酸脂質體的家鴿，在持續陰天時沒有一隻當天返巢，飛行方向也變得分散。可是當雲層散去、太陽可見後，這些被處理過的家鴿又再次能正常返巢。研究者也讓先前的對照組之後接受氯膦酸脂質體，並在晴天條件下測試，牠們仍能有效飛回家。這表示家鴿在晴天與陰天仰賴的導航是不同的。
本研究提出了一個推論說法，肝臟巨噬細胞可能因參與清除老化或受損的紅血球與鐵代謝，逐漸累積三價鐵於細胞內，鐵以鐵蛋白（ferritin）等形式儲存後產生集體性的超順磁性反應。單一細胞的磁訊號可能很微弱，但大量巨噬細胞若形成群體層級的反應，就可能達到影響附近神經末梢的門檻。這些訊號可能透過機械耦合、細胞內排列變化、旁分泌分子釋放或其他的巨噬細胞-神經互動途徑傳遞，再由腦部與其他感覺資訊一起整合，形成可用於飛行的方向感。
雖然巨噬細胞與神經的互動機制在本研究還沒釐清，但已經讓我們知道當太陽被雲層遮住時，指引牠們回家的線索，主要就藏在肝臟深處一群帶著鐵的巨噬細胞之中。
作者：水也佑
參考文獻：
Lisowski C et al. (2026). Homing pigeon navigation relies on superparamagnetic macrophages under overcast conditions. Science.
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