Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Том 2 - Киршвинк Дж.
ISBN 5-03-001275-3
Скачать (прямая ссылка):
Опыты с условными рефлексами могли бы в принципе обеспечить нужную воспроизводимость и убедительность результатов, если требуется доказать факт магниточувствительности. Однако попытки выработать условный рефлекс на магнитные поля у животных большей частью не удавались (Able, 1980). В тех случаях, когда условный рефлекс вырабатывался (Reille, 1968; Bookman, 1977; Phillips, 1977; Kalmijn, 1978), впоследствии выяснялось, что либо результаты невоспроизводимы (Kreithen, Keeton, 1974; Beaugrand, 1976; Griffin, 1982), либо обнаруженная чувствительность не была проанализирована с психофизической точки зрения (Phillips, 1977; Kalmijn, 1978). Противоречивость результатов наводит на мысль, что постановка экспериментов, возможно, не годилась для выявления реакций на магнитные поля (Ossenkopp, Barbeito,
1978). Таким образом, пока еще нельзя безоговорочно отвергнуть или принять гипотезу о том, что животные способны воспринимать магнитные поля. Поэтому необходимы дальнейшие попытки получить четкие и воспроизводимые реакции на магнитное поле и выяснить их сенсорную основу.
Любая гипотеза, пытающаяся объяснить чувствительность животных к геомагнитному полю, должна иметь в виду механизм, с помощью
которого это поле могло бы вызывать регулярное изменение электрического потенциала мембраны рецепторной клетки. Для этого нужно, чтобы геомагнитное поле воздействовало на магниторецепторную клетку сильнее, чем тепловой шум, кТ (Jungerman, Rosenblum, 1980). Этот механизм должен объяснять как общую компасную реакцию, так и очень высокую чувствительность, необходимую для детекции изменений в величине геомагнитного поля (Martin, Lindauer, 1977; Gould, 1980, 1982). И наконец, из гипотезы должны вытекать доступные для проверки предсказания относительно функционирования магниторецептора.
Среди выдвинутых гипотез магниторецепции можно отметить гипотезу электрической индукции (Kalmijn, 1974; Jungerman, Rosenblum, 1980), оптической накачки (Leask, 1977), жидкокристаллических эффектов (Russo, Caldwell, 1971) и биологической сверхпроводимости (Соре, 1971, 1973). Эти гипотезы указывают возможные источники энергии, достаточной для деполяризации клеточной мембраны, и тем самым для возможности обнаружить магнитное поле. Однако лишь немногие из них объясняют и наличие дирекциональных ответов на магнитное поле, наблюдаемых у животных, и чувствительность к очень малым изменениям величины магнитного поля, свойственную почтовым голубям и другим птицам (Southern, 1978; Gould, 1980, 1982; Walcott, 1980). Кроме того, в ряде случаев нет данных о существовании рецепторных клеток, которые вели бы себя так, как требуется (см., например, Соре, 1973). И наконец, магниторецепция, как известно, наблюдается в условиях, не соответствующих специфическим требованиям соответствующих гипотез (Quinn et al., 1981). Мы не хотим преждевременно отвергать все эти теоретические разработки. Однако трудности, связанные с перечисленными гипотезами о механизме сенсорного преобразования, заставляют думать, что дальнейшего изучения заслуживает и старая, более простая гипотеза о ферромагнитном преобразовании.
Мысль о том, что сила, действующая на магнитные частицы, может быть преобразована в нервный сигнал, была высказана независимо друг от друга рядом ученых (Ising, 1945; Lowenstam, 1962; Keeton, 1972). Эта идея получила подкрепление в открытии магнетита у бактерий, обладающих магнитотаксисом (Frankel et al., 1979; Frankel, Blakemore, 1980), у пчел (Gould et al., 1978), птиц (Walcott et al., 1979; Presti, Pettigrew, 1980) и млекопитающих (Zoeger et al., 1981). Теоретический анализ показывает, что там, где магнетит имеется в подходящей форме и в достаточном количестве, он может быть основой для очень чувствительной магниторецепторной системы, способной извлекать информацию о направлении и величине геомагнитного поля (Yorke, 1979, 1981; Kirschvink, Gould, 1981). Из этого анализа вытекают три важных предсказания: 1) магнито-рецепторы не должны зависеть в своей деятельности от каких-либо особых условий, кроме наличия магнитного поля; 2) должны быть отдельные рецепторы для направления и для величины магнитного поля; 3) точность определения компасного направления и порог чувствитель-
ности к изменениям величины поля должны лимитироваться физическими свойствами, кристаллов магнетита (гл. 11).
Главными тестами для проверки гипотезы о роли магнетита должны быть поведенческие и физиологические опыты. Однако в этой главе описаны физические тесты, имеющие отношение к структуре и функции магниторецептора, основанного на магнетите. Они включают магнитометрические исследования, предназначенные для идентификации отложений магнетита в различных организмах, а также для анализа размеров, формы и расположения кристаллов. Второй способ идентификации минерала-это выделение магнитного материала и анализ его дифракционных спектров. Выделение позволяет также определить размеры и форму отдельных кристаллов и дает сведения о процессе биоминерализации.
Особенность этих исследований состоит в том, что в них приходится иметь дело с очень малыми количествами материала, и на результаты опыта могут легко повлиять различные загрязнения (Quinn et al., 1981; Jones, MacFadden, 1982; гл. 5). Поэтому при выявлении магнетита в биологических образцах важно проверять материал на наличие загрязнений. В случае цельных тканей для этого можно испытать, какое влияние окажет энергичная промывка и ультразвуковая очистка на магнитные свойства образцов, взятых для магнитометрии (Jones, MacFadden, 1982), а также исследовать магнитные свойства ферромагнитных загрязнений (Kirschvink et al., 1985; гл. 5). Определение микроэлементов, связанных с геологическими и полученными искусственным путем ферромагнитными материалами, а также исследование формы изолированных кристаллов открывают дальнейшие возможности для установления природы кристаллов.
