Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Том 2 - Киршвинк Дж.
ISBN 5-03-001275-3
Скачать (прямая ссылка):
4. Характеристика магнитного материала
Исследование процессов приобретения и утраты намагниченности образцами позволили нам экспериментально идентифицировать источник SIRM в решетчатых костях желтоперого тунца и сделать косвенные выводы об организации магнитных кристаллов. Предсказания, вытекающие из гипотезы о магниторецепции с участием магнетита, состоят в том, что частицы способны перемещаться и что при комнатной температуре и нулевом значении окружающего магнитного поля их ориентация будет случайной из-за теплового движения. Если решетчатая кость является местом расположения магниторецепторных органелл, она не должна в обычных условиях иметь NRM, а приобретенный ею магнитный момент будет утрачиваться, если дать ей оттаять. Замороженные решетчатые кости семи желтоперых тунцов вначале исследовали на NRM. Мы намагничивали эти образцы, выдерживали их при комнатной температуре и после оттаивания через каждые 5 -мин измеряли их магнитные моменты. Четыре из этих образцов затем промывали, подвергали повторному замораживанию и помещали в постепенно усиливающееся магнитное поле внутри импульсного устройства для намагничивания (Kirschvink, 1983). После насыщения образцов их размагничивали в переменном поле. После каждого этапа намагничивания и размагничивания производилось измерение магнитных моментов образцов.
Замороженные решетчатые кости желтоперых тунцов не обнаруживали NRM (магнитные моменты порядка 3-30 пА м2). После насыщения достигнутые моменты экспоненциально уменьшались во времени (рис. 20.3). Это указывает на то, что по мере оттаивания ткани ориентация кристаллов становилась все более случайной вследствие теплового движения. Из этого мы заключаем, что кристаллы, по крайней мере частично, способны поворачиваться.
Образцы решетчатой кости четырех желтоперых тунцов приобретали почти всю свою остаточную намагниченность в полях < 200 мТл и
Рис. 20.3. Утрата остаточной намагниченности в ткани решетчато-обонятельной кости семи желтоперых тунцов при нагревании от температуры жидкого азота (77 К) до комнатной температуры (293 К).
утрачивали ее в размагничивающих полях порядка 10-100 мТл (рис. 20.4). Относительно небольшой диапазон интенсивности полей, в которых решетчатая ткань приобретала и утрачивала остаточную на-
Рис. 20.4. Постепенное намагничивание и утрата остаточной намагниченности у решетчато-обонятельной кости четырех желтоперых тунцов. Вертикальные отрезки-стандартные отклонения; ордината и абсцисса точки пересечения обеих кривых соответственно около 30% (R = 0,3) и 40 мТл. (Walker et al, 1984).
магниченность, соответствует приобретенным магнитным моментам, характерным для однодоменных кристаллов магнетита. Однако оценки средней коэрцитивности магнитных частиц, полученные при использовании этих двух способов, существенно различны, что обусловлено взаимодействием между магнитными частицами.
Кривая размагничивания переменным полем в случае дисперсии не взаимодействующих однодоменных кристаллов должна быть симметричной на уровне около 50% кривой приобретения IRM. Асимметрия этих кривых означает, что соседние частицы достаточно сближены, чтобы их магнитные моменты могли взаимодействовать, облегчая размагничивание и препятствуя созданию IRM (Cisowski, 1981). Эти эффекты взаимодействия приводят соответственно к недооценке и переоценке значения средней микроскопической коэрцитивности кристаллов. Показано, что сдвиг в направлении более высоких коэрцитивных полей у кривой IRM и сдвиг к меньшим значениям коэрцитивных полей у кривой размагничивания почти одинаковы (Cisowski, 1981). Вследствие этого абсцисса точки пересечения не зависит от взаимодействия и позволяет оценить остаточное коэрцитивное поле. В случае кристаллов в решетчатой кости тунца оно имеет величину 40 мТл. Таким образом, кристаллы соответствуют частицам однодоменного магнетита, имеющим длину примерно 50 нм и отношение осей около 0,8 в диаграмме Батлера-Бэнерджи (см. рис. 11.4). Чтобы достичь величин SIRM, описанных выше, требуется от 1 млн. до 100 млн. кристаллов в зависимости от размера частиц. Эти цифры сравнимы с оценкой количества однодоменных кристаллов у пчел (Gould et al., 1978) и почтовых голубей (Walcott et al., 1979).
Пересечение кривой размагничивания переменным полем и кривой приобретенной IRM в случае решетчатой ткани тунца соответствует примерно 30%-ной намагниченности (R = 0,3 по Cisowski, 1981) (рис. 20.4). Это гораздо меньше величины 0,5, ожидаемой при полном отсутствии взаимодействия одиночных доменов. Таким образом, кристаллы магнетита в решетчатой кости тунца взаимодействуют значимым образом и связаны друг с другом примерно так же, как кристаллы в неполностью диспергированном порошке (R = 0,3), исследованном в упомянутой выше работе (Cisowski, 1981).
Имеются данные, позволяющие сравнить несколько видов рыб. Кривые приобретения IRM и размагничивания переменным полем (рис. 20.5) для образцов решетчатой ткани скумбрии (Scomber japonicum), полосатого тунца (Sarda orientalis) и четырех экземпляров чавычи по своей форме почти идентичны соответствующим кривым, полученным для желтоперого тунца. Кривые размагничивания для решетчатой кости двух голубых марлинов тоже сходны с аналогичными кривыми для других объектов и дают величину средней коэрцитивности 0,18 мТл (Walker, неопубликованные данные). В соответствии с этими данными частицы магнетита у всех этих видов рыб должны иметь длину 50-60 нм и отношение осей 0,5-0,8. Совпадение результатов, полученных на рыбах
