Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Том 2 - Киршвинк Дж.
ISBN 5-03-001275-3
Скачать (прямая ссылка):
Открытие однодоменного магнетита в организме разных групп многоклеточных животных создает основу для общего представления о механизме магниторецепции, который мог бы использоваться и в водных, и в наземных условиях. У позвоночных такой магнетит был обнаружен в передней области твердой мозговой оболочки или в связи с решетчатыми костями черепа (см. гл. 21, 24, 25, 26). Мы нашли однодоменный магнетит с практически идентичными магнитными свойствами в ткани решетчато-обонятельной кости у представителей нескольких отрядов костистых рыб. Проведенное нами исследование магнетитных кристаллов у желтоперых тунцов показало, что они имеют длину в среднем 45 нм, а диаметр 38 нм (рис. 20.7) и организованы в виде взаимодействующих друг с другом структур, которые, по-видимому, способны поворачиваться, по крайней мере частично. Эти данные позволяют уточнить наши предсказания относительно организации магниторецептора и чувствительности к магнитному полю у рыб.
Магнитные свойства кристаллов магнетита определяют функционирование магниторецепторных органелл и налагают на него некоторые ограничения (гл. 11). Исходя из размеров кристаллов, выявленных у желтоперых тунцов, можно рассчитать, что для создания средней остаточной намагниченности, наблюдаемой в решетчатой кости, необходимо наличие 8,5 • 107 частиц. Энергия взаимодействия отдельных кристаллов с геомагнитным полем составит тогда около 0,1 кТ (см. рис. 11.4). Чтобы достичь энергии взаимодействия с геомагнитным полем, достаточной для генерации нервного импульса, кристаллы, следовательно, должны быть организованы во взаимодействующие друг с другом структуры. В зависимости от числа кристаллов в таких структурах можно оценить теоретическую максимальную чувствительность магниторецепторной системы с магнетитом у рыб (Yorke, 1981). Поскольку кристаллические структуры, видимо, могут поворачиваться, есть основание полагать, что механорецептор, реагирующий на положение или смещение этих структур, был бы подходящим связующим звеном между кристаллами магнетита и нервной системой.
Привлекательность ферромагнитной гипотезы магниторецепции состоит в том, что в принципе она позволяет объяснить реакции на
магнитные поля у таких различных организмов, как бактерии (Frankel, Blakemore, 1980), водоросли (Lins de Barros et al., 1981; см. также гл. 14), пчелы (Lindauer, Martin, 1972), рыбы (Quinn, 1980) и птицы (Keeton, 1969). В отношении рыб есть косвенные данные в пользу этой гипотезы. Куинн и др. (Quinn et al., 1981) утверждают, что магниторецептор нерки должен обладать способностью функционировать в темноте, в соленой и пресной воде не только в проточной, но и в стоячей; кроме того, в ходе эволюции он должен приспосабливаться к инверсии магнитного поля Земли. Не будучи подтверждением ферромагнитной гипотезы, эти соображения все же говорят против гипотез о магниторецепции, основанных на оптической накачке и магнитной индукции (Leask, 1977; Kalmijn, 1978) и согласуются с представлением о ферромагнитной природе магниторецепторов у лососей (Kirschvink et al., 1985).
Участие магнетита в магниторецепции у многоклеточных животных не может считаться доказанным до тех пор, пока не будет выяснена связь между кристаллами магнетита и активацией сенсорных нервных волокон, передающих в центральную нервную систему информацию о магнитном поле. Однако выявление биогенного магнетита, который мог бы использоваться различными представителями беспозвоночных и позвоночных, позволяет решить трудный теоретический вопрос об общем сенсорном механизме восприятия магнитных полей и выдвинуть разумную рабочую гипотезу для экспериментальной проверки многих предположений относительно магниторецепции. Эту гипотезу могли бы существенно подкрепить опыты, в которых исследовалось бы влияние ферромагнитных эффектов на поведенческие реакции, связанные с магнитными полями. Киршвинк и Уокер (гл. 11) предлагают схему экспериментов для оценки магнитных моментов магниторецепторов, основанных на магнетите, и для проверки теоретических ограничений, налагаемых на рецепторы, участвующие в ферромагнитном детектировании направления и величины магнитного поля.
Многообразие методов, применявшихся в описанных исследованиях, открывает возможности для «внутреннего контроля» результатов. При помощи магнитометрического метода мы сумели не только выявить у рыб «магнитные» области тела, но и доказали, что SIRM, приобретаемая решетчатой костью в сильном постоянном поле, обусловлена не загрязнениями, очень мягкими и очень твердыми в магнитном отношении, а однодоменными кристаллами магнетита. Анализ микропроб показал, что кристаллы, обнаруженные у желтоперых тунцов, почти не содержат примесей, характерных для магнетитов геологического происхождения. Наконец, уникальная-отличная от октаэдра-форма этих кристаллов, видимая в просвечивающем электронном микроскопе (как известно, все другие магнетиты имеют кристаллы октаэдрической формы), свидетельствует об их биогенной природе (рис. 20.7).
Полученные нами данные о кристаллах магнетита, выделенных у желтоперого тунца, проливают также свет на процесс биоминерализации
