Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Том 1 - Киршвинк Дж.
ISBN 5-03-001274-5
Скачать (прямая ссылка):
Lowenstam H. A., Weiner S., 1983. Mineralization by organisms, and the evolution of biomineralization. In: Biomineralization and Biological Metal Accumulation (P.West-broek and E. W. de Jong, eds.), Reidel, Dordrecht, pp. 191-203.
Neel L. (1955). Some theoretical aspects of rock magnetism, Philos. Mag. Suppl.
Adv. Phys., 4, 191-243.
Towe K.M., Lowenstam H.A. (1967). Ultrastructure and development of iron mineralization in the radular teeth of Cryptochiton stelleri (Mollusca), J. Ultrastruct. Res., 17, 1-13.
Williamson S.J., Kaufman L. (1980). Biomagnetism, J. Magn. and Magn. Mater., 22, 129-201.
Введение в проблему I
За последние 10 лет благодаря появлению новых данных в трех относящихся к наукам о Земле областях исследования (биоминерализации, магнетизме горных пород и геомагнетизме) мы стали гораздо лучше понимать, как организмы реагируют на геомагнитные воздействия. Поскольку для плодотворного изучения биогенного ферримагнетизма глубокое понимание явлений, относящихся к этим областям науки, совершенно необходимо, во вводной части этого тома каждой из них посвящено по главе, причем авторы постарались изложить материал доступно как для биологов, гак и для 1 еологов.
Биоминерализация-это совокупность биохимических процессов, в результате которых организмы образуют твердые минеральные включения. Первостепенное значение имеют неорганические соединения железа, но только одно из них-магнетит-обладает ферримагнитными свойствами. В настоящее время образование магнетита в результате биоминерализации показано у организмов, принадлежащих к различным таксонам, и предполагается у многих других (часть IV). Весьма вероятно, что именно магнетит обусловливает чувствительность всех животных к геомагнитному полю, и в связи с этим особую важность приобретает изучение эволюционной истории этого минерала и биохимических механизмов его образования. Как отмечают Ловенстам и Киршвинк (гл. 1), наиболее интересные вопросы в этой области исследования еще не сформулированы, а число полученных ответов пока очень невелико.
При изучении магнетизма горных пород определяют, как магнитные свойства минералов зависят от их состава, размера кристаллических зерен и их формы. Развитие этой области шло параллельно с исследованиями истории магнитного поля Земли (палеомагнетизмом); оно заложило основы для понимания механизмов сохранения горными породами памяти о магнитных полях, существовавших в прошлом. Магнетиту как широко распространенному в горных породах минералу, придающему им магнитные свойства, посвящено очень много экспериментальных и теоретических исследований, значительно больше, чем какому-либо другому минералу; его свойства описаны Бенерджи и Московитцем в гл. 2. Эти ферримагнитные свойства отличают магнетит от других оксидов железа биогенной природы, поэтому при изучении опосредованной магнетитом магниторецепции им уделяется особое внимание. Например, электронно-микроскопические исследования показали, что только магниточувствительные бактерии образуют кристаллы
магнетита, размер которых колеблется от 0,05 до 0,1 мкм; эти размеры, как следует из работ по изучению магнетизма горных пород, соответствуют одиночному магнитному домену. В аналогичных исследованиях кристаллов магнетита, содержащихся в зубцах хитона (и необходимых ему скорее благодаря своей твердости, а не магнитным свойствам), были обнаружены частицы, размеры которых больше или меньше указанных. Эти наблюдения позволяют предположить, что границы узкого интервала, в котором колеблются размеры бактериального магнетита, поддерживаются естественным отбором на магнитотаксис и что бактерии нашли ответ на вопрос о размере одиночного магнитного домена магнетита задолго до исследователей магнетизма горных пород.
Геомагнетизм-это наука о магнитном поле Земли, его источнике, истории и проявлении в пределах биосферы. Теперь мы знаем, что геомагнитное поле не только позволяет магниточувствительным организмам ориентироваться по сторонам света, но и несет помимо этого разнообразную полезную информацию. Суточные и другие колебания магнитного поля содержат информацию о географической широте, времени года и суток, а локальные магнитные аномалии, особенно такие, как океанические магнитные аномалии, могут в принципе служить ориентирами на путях миграции животных. Наибольший интерес представляют, конечно, вопросы о том, на какие свойства магнитного поля в действительности реагируют организмы и каковы механизмы их чувствительности к нему.
Однако для начала надо выяснить, что представляет собой магнитное поле Земли, как оно измеряется и описывается и какие именно из его параметров могут регистрироваться организмами. Гл. 3, написанная Скайлсом,-это первая попытка сделать обзор имеющихся данных для биологической аудитории. Его давно ждут и он представляет интерес для всех исследователей, работающих в этой области.
Глава 1 БИОМИНЕРАЛИЗАЦИЯ ЖЕЛЕЗА: ГЕОБИОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД
Хайнц А. Ловенстам, Джозеф Л. Киршвинк1
1. Введение
За два последних десятилетия число минералов, для которых показано биогенное происхождение, выросло с десяти, известных в 1963 г. (Lowenstam, 1963), до сорока (Lowenstam, Weiner, 1983). Причем, поскольку частота открытий не падает, совершенно ясно, что гораздо больше подобных минералов еще предстоит выявить. Среди открытых минералов, кристаллическая структура которых была определена с помощью современных методов, обнаружено 10 железосодержащих, а именно оксиды, сульфаты, сульфиды и фосфаты железа. В табл. 1.1 приведен перечень этих минералов, а также данные о встречаемости этих минералов у представителей различных таксонов, механизмах их биоминерализации и известных к настоящему времени функциях. Некоторые из этих минералов широко распространены среди эукариотических и прокариотических организмов, а два из них - ферригидрит и магнетит-по-видимому, занимают по важности соответственно четвертое и пятое места среди продуктов биоминерализации современных организмов. Ферригидрит (2,5 Fe203-4,5Н20) образует сердцевину (мицеллу) железозапасающего белка ферритина у самых различных животных, а родственные ему минералы оксидов трехвалентного железа образуют ферритиноподобные структуры у других эукариотических, а также некоторых прокариотических организмов (например, фитофер-ритин и бактериоферритин). Магнетит был впервые обнаружен у хитонов менее 25 лет назад, но тогда к его биогенному происхождению отнеслись весьма скептически. Однако, как следует из приведенных в этой книге данных, он скоро сможет конкурировать с ферригидритом за четвертое место по распространенности.
