Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Том 1 - Киршвинк Дж.
ISBN 5-03-001274-5
Скачать (прямая ссылка):
[МИГ- =ЛТ + 4Т)-/М. (5)
Разделив обе части на Ду и предположив, что Ду « у, находим ст(У) /(у + Ау) — /(у)
Ду[Л/(г/т)]1/2 Ду
откуда
= /'( Yh
ст (у)
AY = f(Y) [iV (Г/т)]1/2' (6)
Как и следовало ожидать, чувствительность можно улучшить, увеличив число органелл N и отношение t/x или максимизировав /' (у) путем подбора у. Сами функции f(y) и ст(у) определяются, конечно, конкретной моделью. Согласно обсуждавшейся выше модели регистрации напряженности поля, функция /(у) зависит от соответствующих компонент смещений магнетитных гранул, обусловленных тепловым движением (рис. 11.3. А и Б). Тогда функция /'(у) должна иметь вид, представленный на рис. 11.3,5 или 11.3, Г. Чувствительность к изменению магнитного поля АВ при постоянной температуре будет равна AykT/\i или ВАу/у. Это означает, что устройство, содержащее 108 гранул (величина, Полученная для голубей; Walcott et al., 1979), с временем усреднения 3,5 с (~ 100т) в состоянии зарегистрировать изменение вертикальной составляющей поля менее 1 нТл, что согласуется с данными работ Yorke, 1981 и Kirschvink, Gould, 1981.
В заключение следует отметить, что рассмотренное нами устройство должно быть чувствительно также к малым флуктуациям температуры. Если напряженность магнитного поля постоянна, то изменение температуры АТ, которое может зарегистрировать наше устройство, равно — ТАу/у, где Ау задается соотношением (6). В случае голубей это соответствует изменению 0,006°С за 3,5 с (~ 100т). Таким образом, эффект малых флуктуаций температуры может быть принят за эффект изменения магнитного поля, если только не используется независимая система коррекции со специальными терморецепторами. Представляется, однако, что тепловая инерция птиц достаточно велика для эффективного демпфирования внешних температурных изменений среды. Например, Торре-Буэно (Torre-Bueno, 1976) проследил с помощью радиотелеметрии за температурой тела скворца, пролетающего по подогреваемому туннелю. При резком изменении температуры от повышенного
значения 35°С к более нормальному 16°С скорость изменения температуры тела скворца оказалась равной 1°С/мин (0,05°С/100т). Это примерно в 8 раз больше теоретической оценки чувствительности к изменениям температуры для рассмотренного выше примера с голубями, однако сравнимо с величиной, которую мы получили бы, если бы изменение магнитного поля составляло 10 нТл. Однако в естественных условиях птицы редко подвергаются действию тагах температурных скачков; типичные изменения температуры обычно гораздо меньше. Такие температурные эффекты вряд ли будут существенны для крупных позвоночных, особенно если рецепторы находятся в тепловом равновесии с большими объемами жидкостей тела (кровь, спинномозговая жидкость).
С другой стороны, Мартин и Линдауэр (Martin, Lindauer, 1977) обнаружили влияние температуры на поведение пчел в магнитном поле. Впрочем, сами они объясняли свои результаты как подтверждение парамагнитного механизма чувствительности к магнитному полю. Следует учитывать, однако, что пчелы-довольно мелкие животные и обладают меньшей тепловой инерцией.
3. Обсуждение
На основании всего сказанного выше можно предположить, что важным параметром, разграничивающим две сенсорные функции, которые может выполнять магниторецептор,- определение направления поля или определение его абсолютной величины, служит значение магнитного момента соответствующей органеллы. Это предположение можно проверить, сравнив отношение [iB/kT для магнетитных кристаллов, обнаруженных у голубей, пчел, рыб и т.д. Такое сравнение удобно производить с помощью диаграммы Батлера - Банерджи, представленной на рис. 11.4. Каждая точка на диаграмме задает размер и форму магнетитного параллелепипеда, так что его магнитный момент также фиксирован. На рис. 11.4 нанесены три пунктирные линии, отвечающие постоянным значениям магнитного момента гранул и соответствующие у = 0,1, 1 и 10, причем предполагается, что гранула находится в геомагнитном поле (50 мкТл, или 0,5 Гс) при температуре тела животного (310 К). Как видно из диаграммы, в случае голубей и рыб большая часть кристаллов находится в области несколько ниже кривой у = 1, так что они слишком малы, чтобы служить «компасными» органеллами (рецепторами направления поля), а у голубей-даже рецепторами напряженности.
Существуют по крайней мерю два способа формирования систем с достаточно большим магнитным моментом. Это могут быть отдельные крупные кристаллы. Но если их число не слишком мало (не менее ~ 10000), их можно было бы выявить с помощью магнитометрии. Интересно отметить, однако (Yorke, 1979; Kirschvink, Gould, 1981), что для создания очень чувствительного «компаса» достаточно 1000 однодоменных магнетитных кристаллов, а такое малое их число невозможно
0
Рис. 11.4. Диаграмма Батлера - Банерджи для частиц магнетита, имеющих форму прямоугольного параллелепипеда (Butler, Banerjee, 1975; Kirschvink, Gould, 1981). Сплошные линии указывают теоретически и экспериментально определенные границы между областями, где находятся многодоменные, однодоменные и суперпарамагнитные кристаллы. Три пунктирные линии, пересекающие однодоменную и суперпарамагнитную области,- это кривые, отвечающие постоянному объему гранулы и, следовательно, постоянному магнитному моменту ц. Они соответствуют значениям у = [iB/kT, равным 0,1, 1 и 10 при комнатной температуре в геомагнитном поле.
