Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Том 2 - Киршвинк Дж.
ISBN 5-03-001275-3
Скачать (прямая ссылка):
магнетита. Судя по дифракционным спектрам, эти кристаллы являются очень чистыми, а это означает, что они формировались в условиях жесткого химического контроля. Кроме того, кристаллы очень однородны по форме и размерам. Такие особенности характерны для биогенных минералов, образующихся под контролем органического матрикса (Lowenstam, 1981; см. также гл. 1).
Единственные хорошо изученные примеры биоминерализации магнетита мы находим у хитонов и бактерий. Эти организмы, по-видимому, формируют «шаблон» из органического матрикса и биохимически осаждают в нем магнетит под ферментативным контролем (Kirschvink, Lowenstam, 1979; Balkwill et al., 1980; см. также гл. 16).
Механизм биоминерализации при участии матрикса, по-видимому, используется и при осаждении магнетита у рыб, так как он дает возможность контролировать величину, форму и состав кристаллов, что необходимо для магниторецепции. Выявление кристаллов и их локализация в интактных тканях животного могли бы способствовать пониманию как процесса их образования, так и их роли в явлении магниторецепции.
Процессы биоминерализации имеют длинную эволюционную историю. Широкое распространение весьма сходного процесса минерализации органического матрикса у многоклеточных организмов, используемого при образовании скелета со времен позднего докембрийского периода (Weiner et al., 1983), позволяет предположить его общее происхождение, датируемое ранним докембрием (Lowenstam, Weiner, 1983). Магнетит, образованный, по-видимому, путем минерализации матрикса, в настоящее время обнаружен у многих филогенетически далеких друг от друга групп многоклеточных. Исходя из аргументов, близких к тем, которые были выдвинуты ранее (Lowenstam, Weiner, 1983), можно предложить две гипотезы появления магнетита у этих групп животных. Возможно, биогенный магнетит у многоклеточных появился очень давно, в докембрийское время, т. е. в период, предшествующий дифференциации типов Metazoa; другая возможность состоит в том, что он появлялся многократно независимым путем уже в позднем докембрии, после того как многоклеточные разделились на несколько типов. Решение вопроса о происхождении биогенного магнетита у многоклеточных, по-видимому, зависит от возможности идентифицировать маг-нетиты метазойного происхождения в период, предшествующий позднему докембрию.
Ловенстам и Вейнер (Lowenstam, Weiner, 1983) предполагают, что способность к образованию магнетита возникла в раннем докембрии как механизм накопления железа в восстановительной среде того времени. У бактерий, обладающих кристаллами магнетита, способность передвигаться в определенном направлении благодаря магнитотаксису могла бы давать селективное преимущество еще до формирования среды, богатой кислородом. Для того чтобы объяснить происхождение магниторецепции у многоклеточных животных, вероятно, необходимо по-
стулировать отбор, благоприятствующий созданию связи между кристаллами магнетита и сенсорной системой. Это позволяет предположить, что магнетит играл в организме какую-то другую, возникшую в более далекие времена роль. В ряде работ сообщалось о наличии магнетита или магнитного материала, не имеющего явной магниторецепторной функции (Presti, Pettigrew, 1980), причем анемичные особи могли его утрачивать (Baker et al., 1983). Исследование таких отложений, их локализации и условий формирования может пролить свет на исходные функции магнетита у многоклеточных животных.
Благодарности. Большую помощь в ходе этого исследования принесло обсуждение наших данных с X. А. Ловенстамом и А. Перри. Мы весьма обязаны Ч. Хэлси, Б. X. Китингу, Ли Чунг Мингу и М. О. Гарсиа из Гавайского института геофизики (Гавайский университет) за возможность использовать оборудование палеомагнитной лаборатории и помощь в анализе данных рентгеновской дифракции и электронного микрозондирования. Ши-Бин Робин Чанг и Карла А. Петерсон провели исследование методом просвечивающей электронной микроскопии и участвовали в магнитометрических экспериментах в Калифорнийском технологическом институте. Исследование финансировалось юго-западным рыболовным центром лаборатории Гонолулу национальной службы морского рыболовства. Частично это исследование обеспечивалось финансированием аспирантской работы из восточно-западного центра Гонолулу и научной субсидией М. М. W. от Sigma Xi (grant No. 3938, отдел геологических и планетарных наук Калифорнийского технологического института).
Литература
Able К. Р., 1980. Mechanisms of orientation, navigation, and homing. In: Animal Migration, Orientation, and Navigation (S. A. Gauthreaux, Jr., ed.), Academic Press, New York, p. 283-373.
Baker R. R., Mather J. G„ Kennaugh J. H. (1983). Magnetic bones in human sinuses, Nature, 301, 78-80.
Balkwill D.L., Maratea D., Blakemore R. P. (1980). Ultrastructure of a magnetotactic spirillum, J. Bacteriol., 141, 1399-1408.
Beaugrand J.P. (1976). An attempt to confirm magnetic sensitivity in the pigeon, Columba livia, J. Comp. Physiol. A, 110, 343-355.
Bitterman M.E., 1966. Animal learning. In: Experimental Methods and Instrumentation in Psychology (J. B. Sidowski, ed.), McGraw-Hill, New York, pp. 451-484.
