Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Том 2 - Киршвинк Дж.
ISBN 5-03-001275-3
Скачать (прямая ссылка):
Бин (Bean, личное сообщение) предложил способ измерения общего магнитного момента, основанный на изучении параметров U-образной траектории движения бактерии. Суть его заключается в изучении реакции организма на изменение направления магнитного поля (Blakemore et al., 1979а). Траектория движения магниточувствительных бактерий в постоянном магнитном поле примерно соответствует цилиндрической спирали, направленной вдоль силовых линий поля. Виток этой спирали тем больше, чем сильнее поле. Когда поле неожиданно меняет знак, микроорганизмы оказываются под воздействием вращающего момента, и их направление движения после U-образного разворота меняется на противоположное. Время т, необходимое для изменения направления движения на противоположное, и диаметр U-образного разворота L зависят от суммарного магнитного момента организма и определяются как
8пт1 R3 2 тВ0
т =-----------In—— (1)
тВ0 кТ
8k2R3v0
L=---------—Ц, (2)
mB0
где rj-вязкость (т)нр = 10~2 П), к-константа Больцмана, а Т-абсолютная температура.
Соотношения (1) и (2) получены в предположении, что организмы представляют собой сферы радиусом R, движущиеся с не зависящей от В0 скоростью v0 в гомогенной вязкой среде, и что все их возможные отклонения от прямолинейной траектории обусловлены броуновским движением. В случае живых организмов в этой модели многое не учитывается, в первую очередь форма микроорганизмов и отклонения от траектории, которые обусловлены двигательным аппаратом (жгути-
ками, ресничками и т.д.), связанным с системой энергообеспечения клеток.
Но даже с этими недостатками методика измерения суммарного магнитного момента с помощью «U-образного разворота» остается наиболее общим способом получения информации о магнитных характеристиках данного организма. Если предварительно препараты фиксировать, то при измерении времени т можно избежать влияния собственного движения микроорганизмов. В этом случае суммарный магнитный момент определяют из соотношения (1).
3.3. Анализ результатов
Мы брали пробы воды и ила из различных мест в окрестностях Рио-де-Жанейро. В данном разделе приведены результаты исследования солоноватых вод из лагуны Родриго-де-Фрейтас (Rodrigo de Freitas), морских вод из внутренней части залива Гуанабара (Guanabara Вау) и пресных вод из маленькой речки, протекающей в южной части города.
Во всех этих случаях пробы брали из мест, где глубина составляла от 20 до 60 см, а течение было очень слабым. Пробы хранили в лаборатории при комнатной температуре; обогащения химическими веществами не проводили. После 4-5 дней число магниточувствительных микроорганизмов увеличивалось до 10000 клеток/см3. Мы пытались выращивать зти организмы на некоторых средах, в частности на ростовой среде A. magnetotacticum (Blakemore et al., 1979b; Escalante-Semerena et al.,
1980), но без успеха.
Все магниточувствительные микроорганизмы помещали в сильное переменное магнитное поле (снимавшееся с магнитофонного размагничивателя). В результате популяции, состоявшие преимущественно из организмов, движущихся к югу, превращались в популяции, в которых 50% особей перемещались в южном направлении, а 50%-в северном.
Поскольку воды лагуны Родриго-де-Фрейтас очень сильно загрязнены органическими веществами из городских сточных вод, они весьма богаты микроорганизмами. При исследовании образцов с помощью светового микроскопа было обнаружено множество кокковидных и палочковидных магниточувствительных бактерий размером 1-2 мкм и 2-3 мкм соответственно, поведение которых было сходно с уже описанным в литературе (Blakemore, 1975; Kalmijn, Blakemore, 1978; Moench, Konetzka, 1978; Blakemore, Frankel, 1981; Esquivel et al., 1983).
Мы также наблюдали палочковидные бактерии, реакция которых на инверсию магнитного поля была иной. Когда направление магнитного поля изменялось, эти бактерии, собравшиеся у края капли, начинали, вращаясь, двигаться к ее центру. Проплыв примерно 20 мкм, они, не вращаясь, разворачивались и возвращались к краю капли. Их пассивная реакция на магнитное поле была той же, что и у других магниточувствительных бактерий (Blakemore, 1975; Esquivel et al., 1983).
При исследовании с помощью ПЭМ у кокковидных бактерий были
обнаружены цепочки участков, имеющих правильную геометрическую форму и обладающих высокой электронной плотностью. На микрофотографиях видно, что эти участки, судя по всему, имеют форму гексагональных призм. Основываясь на ранее полученных данных (Towe, Lowenstam, 1967; Moench, 1978; Frankel et al., 1979; Towe, Moench, 1981), мы заключили, что эти участки состоят из магнетита. Статистическое распределение объемов этих участков имеет вид узкого пика, соответствующего объему 5-10"16 см3. Число участков на клетку, составляющее 8-10 для кокковидных клеток, сохранялось постоянным во всех изученных образцах. В некоторых образцах было обнаружено большое число бактерий, в которых форма цепочек отличалась от линейной (была L-образной или S-образной) (рис. 14.3 и 14.4). В фиксированных образцах с большим числом клеток магниточувствительные бактерии выстраивались в цепочки. Судя по данным ПЭМ, расположение этих цепочек сходно с упорядоченностью цепочек кристаллов (рис. 14.11).
