Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Том 1 - Киршвинк Дж.
ISBN 5-03-001274-5
Скачать (прямая ссылка):
Остановимся на возможности использования магнетита в качестве проводника. При обсуждении параметра индукционной катушки мы выбрали для удельного сопротивления проводящего материала значение 50 Ом • см; это довольно большая величина для обычного материала биологического происхождения. Поскольку магнетит обнаружен у самых разных животных, мы пересчитали наши результаты для случая проводника с удельным сопротивлением магнетита, т. е. 5 • 10 3 Ом-см, и пришли к выводу, что если бы катушка была сделана из материала с проводимостью магнетита, то ее размеры были бы на порядок меньше, чем указано выше. Однако существование магнетитовой петли с размерами в несколько десятых долей миллиметра представляется нам менее вероятным, чем существование системы, описанной выше, особенно если учесть условие (7) для объема: необходимый объем магнетита оказывается на порядок больше, чем обнаружено у животных.
Поскольку магнетит распределен в организме в виде кристаллитов размером менее микрона, возникает вопрос, не может ли каждое из этих N зерен работать как крохотный индукционный детектор? У отдельного
зерна отношение сигнала к шуму q « 1, но в среднем для набора из N детекторов q будет в ^/n раз больше , т. е. больше единицы. Однако это предположение противоречит данным о количестве магнетита даже в большей степени, чем гипотеза магнетитной катушки. Далее, для усреднения сигнала от большого числа любых рецепторов с q« 1 необходимо, чтобы в нейронной цепи, связанной с рецепторами, были очень малы пороговая чувствительность и шум. Это обстоятельство ограничивает число рецепторов, по которым проводится усреднение.
Эксперименты по установлению природы магниторецепции очень сложны. Некоторые их аспекты обсуждаются в работе Jungerman, Rosenblum, 1980.
4. Заключение
Магниторецептор, основанный на индукции Фарадея и не использующий магнетита, может существовать у таких наземных животных, как птицы. Чтобы обладать чувствительностью, необходимой при детектировании магнитного поля Земли, подобный орган должен иметь размеры порядка миллиметра. Подходящими кандидатами на роль таких органов представляются полукружные каналы внутреннего уха. В случае еще более мелких животных, для которых описанные органы слишком велики, индукционная магниторецепция исключена.
Для объяснения «чувства карты», проявляемого голубями при поиске дома, было высказано предположение, что голуби могут воспринимать изменения магнитного поля, составляющие 10 3 — 10-4 от поля Земли (гл. 12). Такая чувствительность в принципе возможна для магнетитных магниторецепторных систем, однако в случае индукционных систем она представляется нереальной.
5. Дополнение: несколько слов о навигации
Данные о навигации животных, в особенности голубей, указывают на то, что эти животные должны «чувствовать» отклонение от направления на цель своего «путешествия». Ориентации только по магнитному полю Земли для этого недостаточно. Предположение об использовании голубями «чувства карты», основанного на локальных изменениях геомагнитного поля, всесторонне обсуждаются Гоулдом в гл. 12. Как мы уже отмечали, индукционная магниторецепция не может обеспечить необходимой для этого чувствительности. Не исключено, однако, что индукция играет роль в другом механизме, основанном частично на инерционной навигации (двукратное интегрирование ускорения). Хотя не все опубликованные экспериментальные данные полностью согласуются с концепцией инерционной навигации, ее нельзя отвергнуть.
Наибольшие ошибки накапливаются при определении угловых параметров, поэтому ясно, что сочетание способности определять
направление с возможностью интегрировать ускорение значительно снижает требования к инерционной навигационной системе. Чрезвычайно высокая точность в определении ускорения необходима в любом случае, но теоретически она оказывается уже вполне достижимой. Отметим, что способность к точному определению ускорения необходима также и для того, чтобы различать компоненты магнитного поля при помощи «чувства карты», основанного на локальных пространственных изменениях магнитного поля Земли. Как указывает Гоулд, для «чувства карты» необходимо очень точное, до 10'4, определение поля тяжести. Это означает, что с такой же точностью должно определяться и ускорение.
Литература
Bennett W. R., 1960. Electrical Noise, McGraw-Hill, New York.
Jungerman R.L., Rosenblum B. (1980). Magnetic induction for the sensing of magnetic fields An analysis, J. Theor. Biol., 87, 25.
Kalmijn A.J. (1982). Electric and magnetic field detection in elasmobranch fishes, Science, 218, 916.
Lowenstein O.E., 1974. Comparative morphology and physiology, Chapter II. In: Handbook of Sensory Physiology, Vol. VI/I (Kornhuber H. H., ed.), Springer-Verlag, Berlin, p. 77.
Murray R. W. (1965). Electroreceptor mechanisms: Relations of impulse frequency to stimulus strength and responses to pulsed stimuli in ampullae of Lorenzini of elasmobranchs, J. Physiol. (London), 1980, 592.
Rommel S. A., Jr., McCleave J.D. (1973). Sensitivity of American eels (Anguilla rostrata) and Atlantic salmon (Salmo-salar) to weak electric and magnetic fields, J. Fish. Res. Board Can., 30, 657.
