Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Биология -> Киршвинк Дж. -> "Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Том 1" -> 129

Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Том 1 - Киршвинк Дж.

Киршвинк Дж., Джонса Д. Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Том 1 — М.: Мир, 1989. — 353 c.
ISBN 5-03-001274-5
Скачать (прямая ссылка): biogenniymagnetit1989.djvu
Предыдущая << 1 .. 123 124 125 126 127 128 < 129 > 130 131 132 133 134 135 .. 150 >> Следующая

-т*
Рис. 10.1. Функция Лаижевена, описывающая зависимость средней проекции магнитного момента на направление магнитного поля от интенсивности теплового движения.
тита. Из рис. 10.1 ясно также, что степень ориентации мала при \iBjkT ^ 1.
Поскольку теория Ланжевена предполагает, что диполи не взаимодействуют друг с другом, интересно оценить среднее поле в месте расположения данного диполя, создаваемое соседними диполями, и сравнить его с полем Земли. В работе Eldridge, 1961 показано, что среднее поле в ненамагниченном ансамбле точечных диполей, случайно расположенных с плотностью D, равно 2,9?>ц.
Плотность D в случае пчел можно оценить, воспользовавшись данными работы Kuterbach et al., 1982. Эти авторы обнаружили гранулы немагнитных соединений железа в организме пчел. На долю этих гранул приходится J\ « 0,07 объема исследованных клеток, так что если V0- объем отдельной гранулы, то общее число гранул равно fl Vj V0. По оценкам авторов, если бы только 0,33% из них состояли из Fe304, то можно было бы объяснить остаточную намагниченность, о которой сообщалось в работе Gould et al., 1978. Таким образом, плотность D магнетитных гранул объемом V0 должна быть равна 3,3 ¦ iO~3/l/V0. Поскольку в случае магнетита ц = 480 V0, для среднего поля получаем значение 0,32 Гс, что сравнимо с полем Земли. Таким образом, хотя модели, основанные на представлении о невзаимодействующих гранулах магнетита, привлекательны своей простотой, к полученным с их помощью оценкам следует относиться критически. Правда, можно использовать их как некие ориентиры, пока не будут получены новые экспериментальные данные.
3. Время отклика
В простейшей модели магниторецептора гранула магнетита, ориентированная вдоль поля Земли, способна легко поворачиваться; един-
ственным препятствием этому служит вязкость среды, в которой она находится. При перемещении животного магнетитная гранула поворачивается вслед за полем, и ее ориентация относительно некой находящейся рядом физиологической структуры изменяется. Это индуцирует соответствующий сигнал, который обрабатывается в нервной системе животного. В работе Gould, Kirschvink, 1980 предложена модель «короткого замыкания мембраны», в которой магнетитная гранула заключена в изолирующую мембрану. Поскольку магнетит является хорошим проводником, среда вокруг него может поляризоваться или деполяризоваться в зависимости от ориентации гранулы относительно поверхности мембраны и от того, контактирует ли она с жидкой средой вне мембраны. Другая модель основана на том же принципе, что и система чувствительных к полю тяжести отолитов, имеющаяся у многих животных. Вращение гранул магнетита смещает реснички, причем характер и степень таких смещений зависят от ориентации гранулы и, таким образом, указывают направление вектора магнитного поля.
Для модели со свободным вращением гранулы существенно, чтобы магнетит достаточно быстро переориентировался в соответствии с движением животного, иначе оно не сможет использовать получаемую информацию. Если момент сил трения среды, в которой находится гранула магнетита, пропорционален угловой скорости гранулы, то уравнение, описывающее ее движение, совпадает с уравнением движения маятника при наличии сопротивления (Yorke, 1979). Пусть I - moi :ент инерции гранулы относительно оси, проходящей через центр перпендикулярно большей полуоси, 0-угол между магнитным моментом (параллельным большей полуоси гранулы) и полем В, а - FdQ/dc - момент сил трения, препятствующих вращательному движению гранулы. Постоянная F зависит от размеров и формы гранулы, а также от вязкости окружающей ее среды. Уравнение движения гранулы (скорость изменения углового момента равна полному моменту сил) имеет вид
cfQ сЮ
1—=- ц5sinG -F-. (2)
dt dt
Момент инерции гранулы зависит от ее плотности (5,1 г/см3 для магнетита) и размеров. Приведем выражения для величин /, \iB и F в случае гранулы с длиной L и аксиальным отношением а, находящейся в среде с вязкостью г|, и вычислим их значения при L = 0,1 мкм, а = 0,5, В = 0,5 Гс и вязкости в 100 раз большей, чем у воды:
I = ра2Ь5/П ? 1,1 -10~26 г-см2,
\iB = MsBa2l} = 6 -10“14 эрг,
F = (2к/3)ц1}/[2 In(2/а) — 1] = 1,2-10-15 г-см2/с.
При малых смещениях (0 < 20°) sin 0 ж 0 и уравнение (2) сводится к уравнению движения гармонического осциллятора при наличии сопротивления. При тех значениях параметров, которые характерны для
однодоменной магнетигной гранулы, это сопротивление велико и осциллятор после отклонения экспоненциально приближается к положению, в котором он ориентирован вдоль поля. Время установления равновесия F
равно примерно — « 20 мс. Магнетит будет отслеживать изменение
направления поля примерно с таким же характерным временем даже при больших угловых смещениях. Если гранула магнетита не может свободно вращаться, то время, необходимое для эффективного определения направления поля, все же может быть достаточно мало, но в этом случае оно зависит от неизвестных вязкоупругих свойств структуры, с которой связана гранула, и поэтому его трудно оценить.
Предыдущая << 1 .. 123 124 125 126 127 128 < 129 > 130 131 132 133 134 135 .. 150 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed