Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Том 2 - Киршвинк Дж.
ISBN 5-03-001275-3
Скачать (прямая ссылка):
Во всех этих опытах длительность стимула была довольна мала-примерно 10 с, и, возможно, птицы просто не успевали на него отреагировать. Чтобы выпущенные голуби могли сориентироваться и определить направление полета к дому, им нужно несколько минут; есть и другие основания полагать, что обработка магнитной информации у птиц занимает несколько минут (Gould, 1982). Например, изучение поведения голубей вблизи магнитной аномалии указывает, что птицы не могут исправить ошибку в ориентации, вызванную аномалией, до тех пор, пока не проведут довольно значительное время вне этой аномалии; с другой стороны, голуби, выпущенные в месте с обычным магнитным полем, пролетают над магнитной аномалией почти без отклонений (Walcott, 1978).
Еще один недостаток описанных лабораторных исследований, в которых пытались определить чувствительность птиц к магнитному полю, заключается в том, что птицы, помещенные в центре устройства,
генерирующего магнитное поле, находились в неподвижном состоянии (это не касается опытов со скворцами в аэродинамической трубе). В то же время не исключено, что для восприятия магнитных стимулов они должны совершать какие-то движения. Весьма интересно сообщение о том, что голубей можно обучить различать случаи наличия и отсутствия магнитного поля той же величины, что и геомагнитное (0,5 Гс) (Bookman, 1977, 1978). В этих опытах птиц обучали ассоциировать одну из двух кормушек, находящихся в конце туннеля длиной 3,5 м, с одной из двух конфигураций магнитного поля. Результаты этих опытов указывают, что успешная дискриминация имела место только при определенном типе движения-когда длительные прыжки перемежались короткими перелетами. Если птицы просто шли по туннелю, сочетание той или иной кормушки с той или иной конфигурацией поля было у них случайным. Эти результаты согласуются с гипотезой о том, что для восприятия и (или) обработки информации о магнитном поле необходима определенная мышечная активность. Однако эти успешные опыты были выполнены на брачных парах, и наличие или отсутствие указанного типа движений, возможно, отражало различные мотивационные состояния птиц.
Совершенно очевидно, что пока не будут получены однозначные физиологические данные о чувствительности птиц к магнитному полю, мы не можем понять природу «магнитного чувства». Однако отрицательные результаты, полученные в крайне неестественных условиях и касающиеся сенсорных процессов, используемых обычно лишь при навигации, вряд ли могут рассматриваться как убедительные доказательства против существования таких процессов.
6. Наличие магнетита у птиц
и возможные механизмы чувствительности к магнитному полю
В основе биологического детектора, способного реагировать на направление и (или) величину геомагнитного поля, должен лежать один из известных механизмов взаимодействия магнитного поля с веществом. Однако эти взаимодействия в случае полей, близких по величине к геомагнитному, относительно слабы, поэтому многие попытки построить гипотетический механизм, ответственный за чувствительность птиц к магнитному полю Земли, оказались тщетными. Например, взаимодействие диа- и парамагнетиков с геомагнитным полем слишком слабо, чтобы противостоять тепловым флуктуациям. Относительно недавно был предложен новый механизм магниторецепции, в основе которого лежит излучение поляризованного света молекулами, находящимися в триплетном состоянии, под действием магнитного поля. Однако серьезным недостатком такого механизма является крайне малая вероятность существования молекул с достаточно слабым рас-
щеплением триплетного уровня в отсутствие поля (Leask, 1977). В основе магниторецепции морских пластиножаберных рыб (акул и скатов), по-видимому, лежит электромагнитная индукция. Эти животные обладают исключительно высокоразвитыми электрорецепторными органами (Kalmijn, 1978, 1981). Их высокую чувствительность можно объяснить тем, что они используют низкое сопротивление морской воды, замыкающей электрическую цепь рецептора. У птиц из-за высокого сопротивления воздуха подобный рецептор не может существовать. Чтобы птицы могли воспринимать геомагнитное поле с помощью электромагнитной индукции, детекторное устройство должно располагаться целиком внутри тела животного. Оценки показывают (Jungerman, Ro-senblum, 1980), что диаметр такого устройства должен составлять несколько миллиметров. В качестве возможного кандидата на роль детектора были предложены полукружные каналы внутреннего уха, но это могут быть и другие иннервированные структуры, имеющие форму петли.
С энергетической точки зрения наиболее простым биологическим детектором магнитного поля, близкого по величине к геомагнитному, а также небольших его изменений могли бы быть постоянно намагниченные частицы. Доналд Гриффин в статье о навигации птиц в 1944 г. отметил, что «восприятие такого слабого поля, как геомагнитное, исключительно маловероятно, поскольку в тканях живых организмов, насколько это известно, не содержится никаких ферромагнитных веществ (таких, как металлическое железо, магнетит, никель или кобальт), которые могли бы быть ответственны за появление заметных механических сил в магнитном поле Земли». Вскоре после этого появилось сообщение, что, по данным магнитометрического анализа, в организме птиц не содержится никаких магнитных материалов (Ising, 1945), и Изинг выдвинул гипотезу о навигации птиц, основанной на восприятии сил Кориолиса. Магнетит биосинтетического происхождения впервые был обнаружен около 20 лет назад в наружном слое зубцов у хитонов (Lowenstam, 1962). Ловенстам даже высказал предположение, что подобный магнитный материал может опосредовать предполагаемую чувствительность различных организмов к слабым магнитным полям. Несмотря на это открытие, серьезным поводом к обсуждению вопроса о том, что для детектирования геомагнитного поля животные используют постоянные магниты, послужило обнаружение в 1975 г. бактерий, обладающих магнитотаксисом (Blakemore, 1975). В 1978 г. для исследования пчел, чье ориентационное поведение подвержено влиянию магнитных полей того же порядка, что и геомагнитное, были впервые использованы сквид-магнитометры (Gould et al., 1978). Авторы обнаружили в организме пчел мелкие гранулы магнитного материала и на основании измерения температуры Кюри определили, что это магнетит. Применяя ту же методику, Уолкот и др. (Walcott et al., 1979) выявили отложения магнетита в черепе почтовых голубей. Затем мелкие гранулы богатого железом магнитного материала были найдены в области головы и шеи у
