Магнетит гипотеза магниторецепции

Вопрос о том, как мигрирующие животные находят дорогу, будучи в незнакомой местности, издавна волновал людей, а в последние десятилетия он стал предметом плодотворных исследований. Используют ли живые организмы магнитное поле Земли при навигации Начиная по крайней мере с середины прошлого века этот вопрос неоднократно то привлекал к себе внимание, то снимался с повестки дня. Вообще говоря, эта проблема находилась вне основного русла научных исследований по двум причинам во-первых, из-за невоспроизводимости многих поведенческих опытов, которые, как вначале предполагалось, свидетельствуют о наличии магнитного чувства во-вторых, из-за теоретических трудностей, возникающих при попытке биофизиков понять, как может функционировать соответствующая сенсорная система. Однако с середины 60-х годов в связи с развитием этологии (науки о поведении животных) и благодаря исследованиям, проведенным на пчелах и птицах, стало ясно, что геомагнитное поле все-таки используется ими в определенных условиях. По мере обнаружения все большего и большего числа животных, обладающих подобными свойствами, вновь возник старый вопрос о механизме магниторецепции. Из различных вариантов,, предложенных для объяснения способа преобразования информации о геомагнитном поле нервной системой, лучше всего широкий круг наблюдаемых эффектов объясняет, по-видимому, гипотеза магниторецепции, основанной на магнетите. Она подробно обсуждается в данной книге, хотя в чистом виде наличие этого механизма доказано только для бактерий, обнаруживающих магнитотаксис. [c.8]

Связь между биогенным минеральным магнетитом и чувствительностью к магнитному полю твердо доказана пока лишь для магниточувствительных бактерий тем не менее гипотеза об основанной на магнетите магниторецепции позволяет уже сейчас сделать целый ряд вполне доступных проверке предсказаний, касающихся биохимии и поведения воспринимающих магнитное поле организмов. Очевидно, частицы магнетита должны локализоваться где-то внутри организма. Предполагают также существование специализированных рецепторов, способных реагировать на перемещения прикрепленных или входящих в состав рецептора частиц магнетита, и таким образом передавать полученную информацию о геомагнитном поле в нервную систему организма. По аналогии с магнетизмом горных пород, можно предположить, что эти частицы одинаково и постоянно намагничены, а их размеры соответствуют размерам одиночных магнитных доменов. Скорее всего кристаллы магнетита представляют собой продукт биохимического осаждения, а не экзогенные неорганические частицы. Эти и другие предсказания, вытекающие из гипотезы магниторецепции, основанной на магнетите, находятся в центре внимания в этом разделе они явились стимулом для большинства экспериментальных работ в новой области. [c.5]

Данный раздел охватывает столь широкий круг представителей животного царства, что в кратком введении практически невозможно рассказать о каждом исследовании в отдельности. Но все же стоит, видимо, упомянуть здесь о некоторых наиболее существенных результатах, имеющих особое значение для доказательства гипотезы магниторецепции, основанной на магнетите. Во-первых, в тканях животных обычно находят ферромагнитные минералы, причем у позвоночных большой ферромагнитный центр, по-видимому, локализован около решетчатых костей. Каждый раз, когда удавалось установить природу этого материала, им оказывался магнетит, а у бактерий и тунца, из которых эти частицы были выделены и исследованы с помощью электронной микроскопии, магнетит находился в форме однородных по размерам одиночных магнитных доменов. (Это не вполне справедливо в случае зубцов хитонов-некоторые из них, как известно, обладают суперпарамагнитными и/или многодоменными кристаллами. В то же время найденные у китообразных и черепах сферические магнитные частицы, вероятно, также имеют однодоменную структуру.) [c.5]

Обнаруживаемый в клетках и тканях магнетит представляет собой часть недавно описанного класса биогенных минералов. Этот магнетит рассматривается в качестве возможной материальной основы магниторецепции у живых организмов. Само по себе обнаружение магнитного материала мало что дает для понимания как процесса биоминерализации, так и роли этого материала в магниторецепции. Для дальнейшего прогресса необходима разработка методик, позволяющих различить магнитные загрязнения и биологические отложения в тканях. И лишь после этого можно приступить к проверке гипотез о природе и роли магнитного материала. [c.222]

С помощью этих методов можно разработать способ выявления биогенного магнетита, потенциально пригодного для использования в магниторецепции. Это не означает, что гипотеза магниторецепции, обусловленной магнетитом, доказана. Тем не менее подход, позволяющий распознавать пригодный для магниторецепции магнетит, может оказаться полезным для предсказания существенных свойств других обнаруженных у многоклеточных включений магнетита. Это весьма важно, поскольку данные включения могут быть предшественниками рецепторного магнетита (Kirs hvink, Gould, 1981 гл. 20), а также потому, что необходимо уметь отличать эти две формы друг от друга и от экзогенных загрязнений. [c.221]

В заключение необходимо отметить ряд предсказаний, вытекающих из гипотезы магниторецепции, основанной на магнетите. Их проверка позволила бы полностью и окончательно подтвердить эту гипотезу. Важнее всего, пожалуй, детальное изучение микроанатомии рецепторов. Хотя большинство содержащих магнетит структур локализовано у позвоночных по соседству с нервной тканью, фактическая объемная плотность кристаллов составляет лишь несколько частей на миллиард. Все это превращает гистологические исследования в утомительные поиски магнитосомы в стоге сена , даже если использовать методики специфичного к магнетиту окрашивания препаратов или просвечивающую электронную микроскопию тонких срезов. Далее необходима идентификация нейронов, передающих информацию от рецепторов в мозг, и регистрация их ответов на магнитные стимулы. И наконец, для выбора между магнетитным и другими возможными механизмами рецепции нужны специфические лабораторные поведенческие тесты. Например, если бы у пчел удалось выработать условный рефлекс на различение магнитного севера и юга, то эксперимент с импульсным перемагничива-нием позволил бы скачком изменить полярность внутреннего компаса, а следовательно, и выработанную поведенческую реакцию. Это уникальный тест на наличие ферромагнитного компаса, и он уже прекрасно зарекомендовал себя в опытах с магниточувствительными бактериями. К сожалению, большинство животных не способны определять полярность магнитного поля, что делает данный тест неинформативным. Однако существуют и другие возможности проверки гипотезы, открывающие широкие перспективы для будущих исследований. [c.6]

Гипотеза матниторецепции, основанной на использовании магнетита,- только одна из многих, предложенных с начала нынешнего столетия, однако лишь в последние несколько лет она стала всерьез рассматриваться при объяснении механизма магниторецепции у животных. Это произошло благодаря выявлению магнетита биологического происхождения в тканях многих животных, увеличению числа животных, у которых обнаружена чувствительность к магнитному полю Земли, и осознанию того, что магнетит может служить реальной основой магнитотаксиса у бактерий. Пример с бактериями показывает, что живые организмы способны очень просто решать проблему детектирования направления магнитного поля. В самом деле, всю проявляемую организмами чувствительность к направлению поля можно объяснить наличием лишь нескольких образований, подобных магнитосоме, связанной с клетками волосков. Однако детальный механизм работы сенсорной системы на основе магнетита нам неизвестен, и это еще более усложняет объяснение наблюдаемой у животных чувствительности к малым геомагнитным флуктуациям и локальным магнитным аномалиям (величина которых может составлять всего 0,1% от фонового поля). [c.292]

Участие магнетита в магниторецепции у многоклеточных животных не может считаться доказанным до тех пор, пока не будет выяснена связь между кристаллами магнетита и активацией сенсорных нервных волокон, передающих в центральную нервную систему информацию о магнитном поле. Однако выявление биогенного магнетита, который мог бы использоваться различными представителями беспозвоночных и позвоночных, позволяет решить трудный теоретический вопрос об общем сенсорном механизме восприятия магнитных полей и выдвинуть разумную рабочую гипотезу для экспериментальной проверки многих предположений относительно магниторецепции. Эту гипотезу могли бы существенно подкрепить опыты, в которых исследовалось бы влияние ферромагнитных эффектов на поведенческие реакции, связанные с магнитными полями. Киршвинк и Уокер (гл. 11) предлагают схему экспериментов для оценки магнитных моментов магниторецепторов, основанных на магнетите, и для проверки теоретических ограничений, налагаемых на рецепторы, участвующие в ферромагнитном детектировании направления и величины магнитного поля. [c.209]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология