Les pigeons "sentent" le champ magnétique de la Terre

Les pigeons et d’autres oiseaux peuvent le faire. De même que les tortues marines, les langoustes, les papillons de nuit, les rats-taupes, les baleines grises (Eschrichtius robustus) et les grandes chauve-souris brunes (Eptesicus fuscus).

Beaucoup de membres du royaume animal sont capables de détecter les ondulations subtiles du champ magnétique terrestre. S’appuyant sur une boussole biologique cachée, ces animaux se servent de signaux magnétiques invisibles provenant des profondeurs de la Terre pour s’orienter à la surface et effectuer de longues migrations tant à travers le ciel que l’océan.

Mais la façon exacte dont s’y prennent ces animaux pour percevoir l’attraction magnétique du globe terrestre est l’une des plus grandes énigmes de la biologie depuis plusieurs décennies.

Du moins, elle l’était avant qu’un groupe de scientifiques allemands n’affirme avoir enfin découvert où se trouve la boussole interne des pigeons voyageurs, et ce n’est pas dans les yeux, dans les oreilles ou dans le bec. Chose étonnante, d’après une nouvelle étude publiée dans la revue Science, leur boussole interne semble être intégrée à des cellules immunitaires de leur foie.

« Le sens du magnétisme est une énigme depuis un siècle, et personne ne pouvait déterminer son emplacement, ni son fonctionnement », rappelle Martin Wikelski, l’un des directeurs de l’Institut Max-Planck d’éthologie, en Allemagne, explorateur National Geographic et co-auteur de l’étude. « Désormais, nous pensons avoir découvert, véritablement, une solution opérationnelle. »

LA COUVERTE MAGNÉTIQUE INVISIBLE DE LA TERRE

Dans les profondeurs du globe bouillonne une mer tumultueuse de fer et de nickel liquides. Le mouvement de ces métaux en fusion transforme la Terre en un aimant géant dont le champ s’étire jusqu'à l’espace et protège tout ce qui vole ou nage sous lui des dangereuses radiations cosmiques.

Depuis le 19^e siècle au moins, les zoologues soupçonnent les oiseaux de dépendre en partie du magnétisme terrestre pour s’orienter. Des expériences menées dans les années 1960 ont montré que des rouges-gorges en captivité modifiaient leurs déplacements en réaction à des champs magnétiques artificiels.

Si la liste des animaux sensibles au magnétisme s’est allongée depuis pour inclure les requins, les saumons et bien d’autres créatures, le mécanisme qui sous-tend ce sens mystérieux que l’on appelle magnétoréception, demeure non élucidé.

Contrairement aux yeux ou aux oreilles, qui se trouvent près de la surface de l’organisme pour capter lumière et son, l’organe responsable de la détection de l’attraction magnétique de la planète pourrait en toute théorie se trouver n’importe où, car le champ magnétique terrestre « pénètre complètement le corps d’un animal », explique Thorsten Ritz, biophysicien à l’Université de Californie à Irvine qui n’a pas pris part à la présente étude. Durant des années, les scientifiques ont vivement débattu au sujet d’éléments pouvant indiquer que les oiseaux détecteraient le champ magnétique terrestre grâce à des composés présents dans les yeux, grâce à des particules présentes dans le bec ou bien encore grâce à un fluide dans l’oreille interne.

La traque de Martin Wikelski a débuté voilà plus de dix ans après une rencontre fortuite avec l’immunologue Christian Kurts lors d’une pause-café pendant une conférence. Le premier étudiait les migrations aviaires tandis que le second faisait des recherches concernant des cellules immunitaires appelées macrophages qui deviennent sensibles aux aimants après avoir consommé des globules rouge et accumulé du fer. « Nous avons eu une illumination, raconte l’immunologue. Peut-être qu’il nous fallait tester l’implication de ces cellules. »

RETROUVER SON CHEMIN

Les chercheurs ont analysé les yeux, le bec, le cerveau, la rate et le foie de pigeons et ont découvert, dans le tissu hépatique, de grandes concentrations de macrophages riches en fer. Les cellules immunitaires se nichaient près des fibres nerveuses.

« Cela rend très probable le fait que [les cellules nerveuses et les macrophages] communiquent », affirme Clivia Lisowski, immunologue de l’Université de Bonn qui a dirigé l’étude.

Pour savoir si les macrophages du foie aident à la navigation aérienne, l’équipe a mené une série d’expériences sur trente-quatre pigeons entraînés pour parcourir un itinéraire de près de 20 km à travers la campagne en lisière des Alpes, évitant les buses et les faucons en route.

« Une fois entraînés, ils sont parfaits, explique Martin Wikelski. Ils évitent tout le monde. Ils rentrent chez eux comme si le diable les poursuivait. »

Mais quand les macrophages étaient inhibés, les pigeons étaient incapables de retrouver leur chemin par temps couvert. Quand les nuages se retiraient et que le soleil réapparaissait, les oiseaux aux macrophages inopérants retrouvaient leur chemin sans problème.

Ces résultats suggèrent que les oiseaux utilisent à la fois des signaux visuels et magnétiques pour retrouver leur chemin, c’est-à-dire à la fois le soleil au-dessus et le champ magnétique qui pulse en dessous. Quand le soleil est occulté, les pigeons semblent dépendre fortement de leur boussole interne pour s’orienter.

Les chercheurs reconnaissent qu’il reste de nombreux points à éclaircir concernant ce mécanisme de magnétoréception proposé. Que se passe-t-il exactement à l’intérieur des macrophages qui les mettent à l’unisson avec le champ magnétique terrestre ? Quels nerfs transmettent les signaux au cerveau des oiseaux ? Et quelles régions du cerveau traitent cette information ?

« Il existe de nombreuses lacunes dans la chaîne d’arguments et chaque petit élément que nous parviendrons à résoudre dans le futur viendra bien sûr étayer la validité des résultats », souligne Christian Kurts.

Ils cherchent également à savoir si d’autres animaux se servent de leur système immunitaire comme d’une boussole ou si l’évolution a trouvé plus d’une façon de déchiffrer le magnétisme de la Terre.

Selon Thorsten Ritz, qui n’a pas pris part à l’étude et dont les propres recherches suggèrent que les oiseaux-chanteurs utilisent des molécules sensibles au magnétisme dans leurs yeux pour « voir » l’enveloppe magnétique qui serait autrement invisible, le mécanisme proposé pour les macrophages se tient.

« Il y a quasiment toujours plusieurs solutions à la façon dont les animaux peuvent obtenir un avantage évolutif, explique-t-il. Je suis favorable au fait de garder l’esprit ouvert plutôt que d’essayer de trouver des vainqueurs et des vaincus. Donc, pour le moment, je suis complètement dans le camp du “les deux peuvent être vrais”. »

En effet, la nouvelle étude vient alimenter un débat ancien sur ce qui est responsable de la magnétoréception. Dans un article d’accompagnement publié dans la rubrique Perspective de la revue Science, les chercheurs Simon Spiro et Hal Drakesmith font observer que ces nouveaux travaux n’excluent pas la possibilité que d’autres organes au-delà du foie puissent jouer un rôle, surtout lorsque le soleil ne brille pas.

« Peut-être qu’un processus domine pour la navigation longue distance, tandis qu’un autre sert davantage à trouver la destination, et que les deux fonctionnent avec des degrés de précision différents, écrivent-ils. En effet, il pourrait être avisé de disposer de plus d’une façon de rentrer chez soi. »