Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Том 1 - Киршвинк Дж.
ISBN 5-03-001274-5
Скачать (прямая ссылка):
5. Другие типы детекторов
Гипотеза магниторецепции, основанной на использовании постоянных магнитов, привлекательна своей простотой. В ее пользу говорит широкая распространенность магнетита в царстве животных; с ее помощью можно объяснить некоторые особенности поведения животных, способных к магниторецепции. Однако эта гипотеза не единственна. В гл. 9 мы уже обсудили возможность использования магнитной индукции для определения направления магнитного поля пластиножаберными рыбами (см. также Jungerman, Rosenblum, 1980). Диск (Leask, 1977) предложил механизм, основанный на оптической «накачке» молекул, расположенных в глазах птиц. Для реализации этого механизма уровень освещения должен быть близок к тому, который необходим для фоторецепции; он не может функционировать в темноте. Однако гипотезе Лиска противоречат результаты эксперимента по определению магнитной чувствительности мальков лосося в темноте (Quinn et al., 1981). В работе Schulten, Schulten, 1977 кратко обсуждается механизм магниторецепции, основанный на зависимости от магнитного поля скорости химических реакций. Эта гипотеза детально не разработана, и неизвестно, эффективен ли при разумных предположениях о молекулярных параметрах этот механизм в таких слабых полях, как 0,5 Гс. Наконец,
Киршвинк и Гоулд (Kirschvink, Gould, 1981) разработали несколько моделей, основанных на предположении об использовании для магниторецепции агрегатов взаимодействующих друг с другом суперпарамагнитных магнетитных гранул. Их модели так же хорошо согласуются с наблюдаемым поведением животных, как и модели с постоянными магнитами. Одна из них даже в состоянии дать физическое объяснение нечувствительности пчел к сильным магнитным полям.
6. Проверки гипотез
Гипотеза о существовании у насекомых или позвоночных магнито-рецепторов, работа которых основана на использовании магнетита, пока не получила четкого экспериментального подтверждения. Как это видно из обзора Гриффина (Griffin, 1982), число противников идеи о том, что животные способны воспринимать геомагнитное поле, все еще довольно велико. Быть может, окончательный ответ на этот вопрос дадут эксперименты по изучению поведения желтоперого тунца. Но даже и в этом случае останется нерешенным вопрос о природе магниторе-цептора.
Наиболее прямой способ проверки адекватности гипотезы о том, что магнетит ответствен за «магнитное чувство» животных, состоит в локализации скоплений магнетита у того или иного животного, их последующем хирургическом удалении или перерезке ведущих к; ним нервов и наблюдении за поведением этого животного в магнитном поле. Все это-непростая задача (Walcott, Walcott, 1982; гл. 7); получить такие прямые и убедительные доказательства, по-видимому, удастся лишь в далеком будущем.
Второй подход (Kirschvink, Gould, 1981) заключается в разрушении магниторецепторов с помощью магнитного поля с большим градиентом. При этом будут разрушены только рецепторы, в которых используются суперпарамагнитные материалы или постоянные магниты; рецепторы же, основанные на других принципах (химические или индукционные), останутся целыми. В однородном магнитном поле на магнитный диполь действует лишь момент сил (но не сама сила), в неоднородном же поле появляется также и сила. Эта сила направлена в сторону увеличения напряженности поля и пропорциональна его градиенту [точнее, F = и(|ц| | В\ cos 0)]. На сферу радиуса г, перемещающуюся со скоростью v в среде с вязкостью г|, действует сила трения, равная 6nr\rv. Под действием этой силы и сил, связанных с наличием градиента магнитного поля, сфера будет двигаться со скоростью, при которой обе силы равны по величине и противоположны по направлению. В предположении, что дипольный момент параллелен В, получаем для скорости магнетитной сферы
H(V5) 2 (480) г2 (VВ) (ч
V =-------=-------------(см/с).
При г = 0,1 мкм, г) = 1 пуаз (величина, в 100 раз превышающая вязкость воды) и VВ = 104 Гс/см (что вполне реально) находим v к 10“4 см/с; это довольно большая величина в масштабах клетки. Таким образом, в неоднородном магнитном поле будет происходить смещение слабо связанных магнетитных гранул из того положения, при котором они могут выполнять роль рецепторов, т. е., по-видимому, можно лишить животное «магнитного чувства», поместив его в поле с большим градиентом. Необходимо подчеркнуть, однако, что отсутствие изменений в поведении животного не обязательно указывает на немагнитную природу рецепторов. Если магнетит связан со структурой, которая не разрушается механически при силе порядка |iV В, то он сохранит свою рецепторную функцию.
Киршвинк (Kirschvink, 1981), используя данные о поведении пчел, получил косвенные свидетельства в пользу магниторецепции, основанной на использовании постоянных магнитов со свободным вращением. Он показал, что точное п. выстраивания горизонтального танца пчел по направлениям стран света описывается функцией Ланжевена [уравнение (1)]. В эту функцию входя I два подгоночных параметра, но один из них, ц/кТ, можно оценип,. вычислив магнитный момент отдельного магнита. Оказалось, что значение момента магнетитного кристалла объемом 10”15 см3, равным объему однодоменной гранулы, приводит к результатам, хорошо согласующимся с наблюдаемой ориентацией танца. Такая внутренняя согласованность параметров не может служить прямым доказательством существования магнитов со свободным вращением, однако она является веским доводом в пользу данной гипотезы.
