Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Том 2 - Киршвинк Дж.
ISBN 5-03-001275-3
Скачать (прямая ссылка):
В 1975 г. Блейкмор (Blakemore, 1975) обнаружил бактерии, которые непосредственно реагируют на геомагнитное поле, двигаясь вдоль его силовых линий. Это было первым неопровержимым доказательством того, что магнитное поле может непосредственно влиять на поведение живых организмов;
Приведенные выше соображения, а также некоторые другие, выходящие за рамки данной работы, позволяют заметить, что в науке успех одной теории может тормозить развитие связанных с ней областей исследования (Levi-Strauss, 1978). Кроме того, они показывают, что между организмами и окружающей средой существует полная гармония, представляющая собой нечто большее, чем просто экологическое равновесие и что организмы чувствительны к стимулам намного более слабым, чем наука могла предположить (Palmer, 1976; Schmidt-Koenig, Keeton, 1978). Способность живых созданий воспринимать слабые поля, возможно, связана с механизмами, поддерживающими биологические ритмы, которые исключительно точны и наследуются. Эта способность заслуживает тщательного непредвзятого изучения, имеющего целью более глубокое понимание сущности жизни на Земле (Gould, 1980).
2. Магнитное поле Земли
Магнитное поле представляет собой трехмерное векторное поле. В геомагнетизме принято характеризовать вектор геомагнитного поля его склонением, наклонением и амплитудой. Эти компоненты определяются относительно прямоугольной системы координат, оси которой в свою очередь определяются как функции географических характеристик рассматриваемой точки на поверхности Земли. Одна из этих осей совпадает с направлением меридиана в этой точке и указывает на географический север. Другая перпендикулярна горизонтальной плоскости, касательной к поверхности Земли, и направлена к центру Земли. Третья ось перпендикулярна двум другим и имеет направление на запад. Магнитное склонение определяется как угол между проекцией вектора геомагнитного поля на плоскость, касательную к поверхности Земли, и меридианом. Магнитное наклонение-это угол между вектором поля и плоскостью, касательной к поверхности Земли. Амплитуде, или напряженности поля, соответствует величина вектора геомагнитного поля.
Причиной введения понятия магнитного склонения и составления его карт послужило отклонение стрелки компаса от линии, соединяющей географические север и юг (Gilbert, 1600). Первое измерение магнитного
наклонения стало возможным после разработки эмпирических методик, изложенных Гильбертом в работах по магнетизму и геомагнетизму (Gilbert, 1600), а первые измерения амплитуды геомагнитного поля Гауссом в 1832 г.-после разработки рациональной концепции магнитного поля (Whittaker, 1951). Таковы три аспекта в истории концепции магнетизма, каждый из которых способствовал введению в научный обиход одной из компонент магнитного поля.
Проведенное Гильбертом подробное исследование полей, образуемых намагниченными сферами (террелами), показало, что Земля ведет себя как магнитный диполь. Однако причины существования магнитного поля Земли до сих пор не ясны. Анализ разложения в ряд сферических гармонических функций магнитного поля показал, что основной источник регистрируемого на поверхности планеты геомагнитного поля расположен внутри Земли. Вклад внешних источников очень мал; ими обусловлены суточные колебания и некоторые другие вариации и пульсации. В настоящее время наиболее общепризнанной моделью источника геомагнитного поля является самовозбуждающееся гидромагнитное динамо, генерирующее электрический ток, который в свою очередь индуцирует магнитное поле. Эта модель объясняет некоторые
Рис. 14.1. Распределение (в гауссах) полного геомагнитного поля на территории Бразилии (Godoy, 1981).
из фундаментальных особенностей земного магнетизма, однако она не дает удовлетворительного объяснения таким явлениям, как, например, инверсии, которые претерпело геомагнитное поле за последний миллиард лет (Opdyke, 1972), а также существование магнитных аномалий (Chernosky, Maple, 1961) в областях, где магнитное поле Земли значительно отличается от того, которое должен давать единичный диполь. Наиболее обширная из таких областей расположена неподалеку от Рио-де-Жанейро и известна как Южно-атлантическая магнитная аномалия. На всей территории юго-восточной Бразилии величина геомагнитного поля существенно ниже, чем в других регионах на Земле.
Благодаря своей протянувшейся с севера на юг территории Бразилия отличается характерными особенностями геомагнитного поля, представляющими большой интерес при исследовании магнетизма в живых организмах. В северных районах страны наклонение геомагнитного поля положительно. У Форталезы, шт. Сеара, на магнитном экваторе поле имеет нулевое наклонение. В области Южно-атлантической магнитной аномалии величина поля ниже 0,25 Гс, а наклонение составляет 25°. На всей территории Бразилии эта величина колеблется от 0,24 до 0,32 Гс (Godoy, 1981) (рис. 14.1).
3. Результаты
3.1. Введение
Этот раздел посвящен описанию использованных методов, а также способов приготовления для светового и электронного микроскопов образцов магниточувствительных микроорганизмов, обнаруженных в иле из окрестностей Рио-де-Жанейро. Мы приводим основные данные о характеристиках этих микроорганизмов, а также сведения о размере, числе и форме кристаллов, обусловливающих магнитные свойства этих микроорганизмов. Кристаллы обычно образуют цепочки в клеточной цитоплазме. Наличие частиц меньшего размера на концах цепочки (рис. 14.2) показывает, что у бактерий процесс образования магнетита в результате минерализации находится под биологическим контролем, а его механизм закодирован в геноме бактерий (Blakemore, 1982; Frankel, 1982). Предполагают (Frankel et al., 1983), что ферменты, обеспечивающие образование магнетита, содержатся в оболочке магнитосом (Frankel, Blakemore, 1984). Магнетит, обнаруживаемый в бактериальных клетках присутствует в виде кристаллов с размерами, соответствующими единичному магнитному домену (Butler, Banerjee, 1975; Frankel, Blakemore, 1980). Частицы с размерами меньшими, чем у единичного домена, обладают супермагнитными свойствами, в то время как большие частицы имеют многодоменную структуру. Магнитный момент единичного домена (при температуре ниже точки Кюри) постоянен и представляет собой максимальный момент частицы. Обнаружение магнетита у хитонов (Lowenstam, 1962), пчел (Gould et al., 1978, 1980;
