Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Том 2 - Киршвинк Дж.
ISBN 5-03-001275-3
Скачать (прямая ссылка):
почтовых и диких голубей, белоголовых воробьиных овсянок (Zono-trichia leucophrys) и других видов птиц (Presti, Pettigrew, 1980). У некоторых овсянок и почтовых голубей старшего возраста (несколько лет) скопления магнитного материала содержались в мышцах шеи и их фасциях. Какова функция этих аморфных структур в мышечной ткани птиц, совершенно неясно. Мало вероятно, что они выполняют сенсорную функцию. Как было установлено, индуцированная остаточная намагниченность в голове птиц связана в основном с костями черепа, причем она распределена здесь довольно равномерно (Presti, Pettigrew, 1980). Индуцированная остаточная намагниченность наблюдается и в других тканях птиц, например в сердечной мышце. Продолжаются исследования областей головы голубя,' в которых содержится железо, при помощи микроскопии с использованием специфичных к железу красителей.
Обнаружение в тканях большого количества магнитных частиц-вероятно, биогенного магнетита-имело очень важные последствия для изучения чувствительности птиц к магнитному полю. Использование постоянных магнитов в качестве основы детекторов магнитного поля позволяет сконструировать устройства с достаточно высокой чувствительностью, чтобы объяснить имеющиеся поведенческие данные (Yorke, 1979, 1981; Presti, Pettigrew, 1980; Kirschvink, Gould, 1981). Вероятно, наиболее простой способ создания детектора магнитного поля из отдельных мелких магнитиков мог бы состоять в сопряжении их с одним из чувствительных механорецепторов, обнаруженных у животных, таких, как волоски, рецепторы давления или растяжения. Был предложен и ряд хитроумных устройств другого рода (Kirschvink, Gould, 1981). Совершенно очевидно, что после обнаружения гранул магнетита в тканях животных мы уже не можем отрицать возможности восприятия ими слабых магнитных полей лишь на том основании, что не имеем представления о том, какой сенсорный механизм ответствен за это восприятие.
Гипотетический механизм магниторецепции у животных, основанной на использовании магнетита, предполагает упорядочивающее действие магнитного поля на магнетитные гранулы. Детектирование нервной системой средней ориентации этих структур могло бы служить основой «компасного чувства», а оценка вариабельности этой ориентации - основой для восприятия напряженности магнитного поля и, следовательно, основой «чувства карты». Для точного определения компасного направления, вероятно, достаточно всего лишь 102 магнетитных гранул, а для конструирования чувствительного детектора напряженности их нужно значительно больше: 10б-107 (Yorke, 1981; Kirschvink, Gould, 1981; Kirschvink, 1982). Величина остаточной намагниченности тканей птиц согласуется с этими оценками (Walcott et al., 1979; Presti Pettigrew, 1980).
Степень упорядочения однодоменных гранул в магнитном поле зависит не только от напряженности, но и от температуры среды. Чем больше напряженность, тем меньше вариабельность ориентации, и чем выше температура, тем эта вариабельность больше. При постоянной
температуре разброс в ориентации гранул будет зависеть только от изменений напряженности магнитного поля. Если же температура среды, в которой находится магнитная сенсорная система, непостоянна, то отличить эффекты, связанные с изменением температуры, от эффектов, обусловленных изменением напряженности магнитного поля, невозможно (если только детектор не снабжен каким-либо механизмом коррекции температуры). Отношение сигнал/шум в системе магнитной детекции можно повысить, просуммировав ответы многих магнетитных гранул или усреднив их по времени (Yorke, 1979, 1981; Kirschvink, Gould, 1981). Такое суммирование и усреднение не могут устранить зависимость детектируемого сигнала от изменений температуры и напряженности поля, хотя влияние температурных флуктуаций при этом усредняется.
Средняя упорядоченность однодоменных частиц магнетита с моментом ц в магнитном поле В может быть представлена как среднее значение величины 9, подчиняющейся больцмановскому распределению (9-угол между векторами ц и В):
. . f (cos 9) exp [ц В cos 0//cT] dQ
(cos 0) =-------------------------------=
J exp [ц В cos Q/kT] dQ
= coth [\i.B/kT] — [кТ/^В~\ = L[\iB/kT~\ .
Здесь к -константа Больцмана, Т- абсолютная температура, L-функция Ланжевена, введенная французским физиком Полем Ланжевеном при описании ансамбля молекул, обладающих магнитным дипольным моментом (Langevin, 1905 а, Ь). Дисперсия этого среднего равна
су = [<cos2 0> - <cos9>2]1/2 = [1 - 2LkT/iiB- Ь2У12.
Для однодоменных частиц относительная зависимость этого показателя от температуры и магнитного поля определяется отношением [да/дВ]/[да/дТ], которое оказывается равным просто -Т/В и, таким образом, не зависит от магнитного момента однодоменной частицы. Получается, что при температуре 41 °С (примерно равной температуре тела птицы) и индукции поля 0,5 Гс эффект изменения температуры на
0,1°С будет неотличим от эффекта изменения магнитного поля на 16 нТл.
