Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Том 1 - Киршвинк Дж.
ISBN 5-03-001274-5
Скачать (прямая ссылка):
выявить с помощью существующих в настоящее время магнитометров. Необходимо выделить кристаллы из организма и найти их распределение по размерам. С другой стороны, если указанные на рис. 11.2 системы Б, В и Г используются в сочетании с А или как отдельные компоненты «чувства карты», то число таких «компасных» гранул может быть больше, хотя все еще недостаточно для их прямого детектирования.
Второй способ, с помощью которого можно увеличить магнитный момент рецепторных органелл, состоит в соединении кристаллов в цепочки, при котором их магнитные моменты складываются. Как показывают электронно-микроскопические исследования (Walcott et al., 1979), кристаллы действительно могут группироваться в цепочки из нескольких частиц, так что их полный магнитный момент оказывается сравнимым с магнитным моментом, которым должен обладать рецептор, чувствительный к напряженности поля. Достаточно длинные цепочки обнаружены пока только у магнитотаксических бактерий (Balkwill et al., 1980), хотя не исключено, что в процессе экстрагирования длинные
цепочки разрушаются. Как и крупные кристаллы, длинные цепочки должны выявляться при изучении взаимодействия между гранулами. Уокер и др. (Walker et al, 1984; см. также гл. 10) продемонстрировали наличие такого эффекта у рыб. Обладают ли цепочки достаточным моментом, чтобы служить «компасными» рецепторами, неизвестно, но если обладают, то можно предположить, что «компас» имеет более высокое разрешение, чем это следует из поведенческих данных.
Адекватность высказанных гипотез можно также проверить, изучая поведение животных. Киршвинк (Kirschvink, 1981) показал, что данные работ Martin, Lindauer, 1977 и Gould et al., 1980 о горизонтальном танце пчел можно объяснить наличием однодоменных ферромагнитных частиц с у х 6. При таком значении момента рецептора зависимость точности ориентации танца от величины внешнего поля количественно согласуется с функцией Ланжевена, отклоняясь от нее в слабых полях и асимптотически приближаясь к ней с увеличением поля. Значение магнитного момента можно найти из формы кривой. Для компасного рецептора пчелы этот момент равен ~ 9-10“16 А5 м2.
Аналогичная проверка может оказаться возможной и в случае рецепторов, ответственных за чувствительность к величине поля, когда будут в достаточной степени разработаны поведенческие подходы к определению чувствительности к малым флуктуациям поля (например, изучение циркадианных ритмов у пчел; Lindauer, 1977). Как мы уже говорили, оптимальным является такой размер гранулы-рецептора величины поля, при котором наиболее сильно меняется дисперсия распределения Больцмана при малых изменениях у (рис. 11.3). Для естественных геомагнитных полей магнитный момент рецептора оптимален при у — 2. По мере удаления от этого значения чувствительность рецептора должна ухудшаться. Поэтому измерения пороговой чувствительности к малым изменениям величины поля в некоторой области значений внешнего поля аналогичны построению графика зависимости д%/ду от у при оптимизации у, что позволяет оценить у.
Как отмечено в гл. 16, биоминерализация магнетита происходит в органических матрицах, которые, по-видимому, задают размер и форму кристаллов. Магнетитные кристаллы, обнаруженные у таких разных организмов, как бактерии, хитоны и тунцы, очень близки друг к другу по размерам и форме. Отдельные кристаллы обладают слишком малым моментом, чтобы бактериальные клетки могли ориентироваться в магнитном поле, но если эти кристаллы объединятся в цепочки, то суммарный момент будет уже достаточно большим (Frankel, Blakmore., 1980). Отсюда следует, что необходимый для ориентации магнитный момент
и, следовательно, длина цепочек из магнетитных кристаллов должны зависеть от размера клетки. У крупных клеток должны быть и более длинные цепочки. Возможно, цепочки магнетитных кристаллов оптимальной длины у одноклеточных организмов сформировались в результате естественного отбора.
Кристаллы магнетита, обнаруженные у многоклеточных организмов,
также одинаковы по размерам и форме в пределах одного вида. Реакции животного на магнитное поле разделяются на «компасную» и «топографическую», что легко объяснить с помощью гипотезы магниторецепции, основанной на использовании магнетита. Из данной гипотезы следует, что в соответствии с этим существуют два оптимальных значения магнитного момента рецепторов. Такими моментами могут обладать либо кристаллы существенно различающихся размеров, либо цепочки разной длины, состоящие из одинаковых кристаллов. Как и в случае бактерий и водорослей, мы можем предположить, что у многоклеточных организмов магниторецепторы тоже сформировались под действием естественного отбора и их размер и форма находятся под строгим генетическим контролем. В результате используются рецепторы с одинаковыми магнитными моментами, даже если магнетитные кристаллы этих рецепторов у разных видов животных имеют неодинаковые размеры или образуют цепочки разной длины. Эти вопросы еще ждут своих исследователей.
4. Краткое содержание
Многочисленные эксперименты по изучению поведения животных показывают, что многие животные обладают способностью чувствовать геомагнитное поле. Известно также, что многие из этих организмов способны к биохимическому накоплению магнетита, с помощью которого может осуществляться передача информации о геомагнитном поле к нервной системе. Из опытов по изучению поведения животных следует, что существуют по крайней мере два типа магниторецепции: один из них ответствен за определение направления поля, а другой-за чувствительность к малым флуктуациям его абсолютной величины. Из модели магниторецепции, учитывающей тепловые возмущения, следует, что магнитные моменты соответствующих органелл могут различаться по размеру в три или более раз, что приводит к различным поддающимся проверке предсказаниям.
