Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Том 2 - Киршвинк Дж.
ISBN 5-03-001275-3
Скачать (прямая ссылка):
Резюмируя приведенные данные, легко представить себе адаптивное значение использования пчелами временной информации, содержащейся в суточных ритмах магнитного поля. Однако пока единственное доказательство, что пчелы действительно используют эту информацию, допускает неоднозначную интерпретацию. К счастью, имея доступную сейчас сложную аппаратуру для создания искусственно изменяющихся магнитных полей, было бы нетрудно поставить ключевые эксперименты. Кроме того, если пчелы действительно используют циклические изменения геомагнитного поля, мы могли бы воспользоваться испытанной и хорошо зарекомендовавшей себя методикой дрессировки на время для дальнейшего изучения механизмов ориентации во времени и детектирования магнитного поля.
6. Система магниторецепции
6.1. Предполагаемая чувствительность детектора
К сожалению, все наши предположения о чувствительности детектора в отношении величины магнитного поля опираются лишь на два типа явлений, само существование которых доказано наименее убедительно. Это уже обсуждавшаяся связь между ошибками направления и вариациями величины поля и предполагаемое использование пчелами в качестве временных ориентиров суточных колебаний величины магнитного поля. Если, как считают Мартин и Линдауэр (Martin, Lindauer, 1977), ошибки направления действительно зависят от вариаций величины поля, то чувствительность можно оценить величиной порядка 1-10 нТл, если детектор измеряет абсолютную величину поля, или 0,1-1,0 нТл/мин, если он измеряет скорость изменения его величины (Martin, Lindauer, 1977; Gould, 1980b; Kirschvink, Gould, 1981). Система ошибок направления, по-видимому, насыщается при скоростях изменений больше, чем 1-3 нТл/мин; при таких значениях дисперсия углов танцев становится аномально высокой (Martin, Lindauer, 1977, рис. 18). Оценки, полученные из ошибок направления, неплохо согласуются с оценками, полученными
в предположении справедливости гипотезы «магнитного времязадателя» Линдауэра: чтобы достичь полученной в экспериментах точности ± 15 мин в определении времени, пчелы должны уметь измерять общую величину поля с точностью ~ 2-5 нТл или скорость изменений с точностью 0,3 нТл/мин в зависимости от того, какой параметр используется (Gould, 1980b). Хотя такое соответствие независимых оценок и обнадеживает, сами оценки, к сожалению, ненадежны, по крайней мере до тех пор, пока явления, на которых они основываются, не получат более строгого подтверждения. Мы надеемся, что предложенные выше эксперименты с искусственными полями (разд. 2 и 5) позволят нам в скором времени провести необходимые измерения. Пока же мы вынуждены довольствоваться лишь подобными оценками.
Информация о чувствительности детектора к изменениям направления поля несколько более достоверна. Из данных по горизонтальным танцам следует, что точность детектирования составляет порядка + 9° при величине поля, равной геомагнитному (стандартное отклонение, из данных Gould et al., 1980). Реальная чувствительность, вероятно, даже выше, так как в используемые для оценок вариации измерений направления танца значительный вклад вносят также экспериментальные погрешности и неизбежные отклонения танцовщицы, пытающейся как-то маневрировать на неровной танцевальной площадке среди своих подруг по улью (Kirschvink, 1981). Точность, с которой кривые ошибок направления Линдауэра и Мартина проходят через нуль в предсказанных точках, предполагает погрешность детектора в отношении направления ~ + 2° при величине поля, равной геомагнитному (Martin, Lindauer, 1977), а из данных по строительству сотов следует, что рой способен измерять направление поля с точностью либо + 2°, либо + 40° в зависимости от того, чьи результаты использовать. Наконец, из экспериментов с горизонтальными танцами мы знаем, что при магнитном поле, составляющем 0-5% (0-2500 нТл) геомагнитного, еще наблюдается слабая чувствительность в измерении направления поля (рис. 18.6). Абсолютный минимум поля, необходимый пчелам для определения направления, пока неизвестен, но соответствующие эксперименты можно было бы легко поставить.
В любом случае ясно, что медоносные пчелы могут по крайней мере определять направление (но не обязательно полярность) магнитных полей, по величине несколько меньших, чем геомагнитное, и, как известно из некоторых поведенческих данных, вероятно, способны определять величину магнитного поля с поразительной точностью 1-10 нТл. Следующий этап исследований-помимо попытки подтвердить реальность эффектов магнитного поля в тех случаях, где эти эффекты недостаточно доказаны, и попытки увеличить точность наших оценок,-по-видимому, заключается в том, чтобы выяснить, как пчелы чувствуют магнитное поле.
6.2. Природа детектора
Поскольку пчелы-наземные животные, обитающие в непроводящей среде, и, по-видимому, могут чувствовать магнитное поле, будучи почти неподвижными, маловероятно, чтобы работа магниторецептора основывалась на принципе электромагнитной индукции, когда при движении электрического проводника в магнитном поле генерируется электрический потенциал (Gould, 1980b; Kirschvink, Gould, 1981; гл. 9). Электромагнитной индукцией, например, может объясняться чувствительность к магнитному полю пластиножаберных рыб (Kalmijn, 1974, 1978). Вряд ли также рецепторный механизм пчел основан на явлении парамагнетизма. Парамагнитные поля-это слабые локальные магнитные поля, возникающие у многих видов молекул вследствие временного согласованного выстраивания спинов неспаренных электронов под влиянием сильных внешних полей. Понятно, что эти слабые поля могли бы каким-то образом детектироваться, однако энергия взаимодействия единственного неспаренного электрона в типичной органической молекуле с геомагнитным полем составляет лишь одну миллионную часть энергии теплового движения атомов (Yorke, 1979; Kirschvink, Gould, 1981; гл. 10). Маловероятно, чтобы нервная система пчел могла работать с таким плохим отношением сигнала к шуму. Основываясь только на этих соображениях, все же нельзя полностью отвергать индукцию (Соре, 1973) и парамагнетизм (Leask, 1977), однако после открытия синтезируемого in vivo магнетита (Fe0Fe203) сначала у хитонов (Lowenstam, 1962), затем у пчел (Gould et al., 1978), а теперь и у многих других организмов (см. соответствующие главы в этой книге) более правдоподобными представляются два других механизма, основанные на двух ферромагнитных свойствах этого материала-постоянном магнетизме и суперпарамагнетизме.
