Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Под ред. Дж. Киршвинка. Том 2 (1989), страница 7

При исследовании влияния ' Не»пдые СЛЬ Нлг ые Ваггог ллг! Ваге! Мона 5. Езды!ее1, Сеп!го Вган!е(го бе Резчьйзаз Р(з(сан СВРР/СЫРгь Уао бе Лапе(го, Вгаз(! ' Анализ ряда работ позволяет прояснить эволюцию концепции магнетизма (в том смысле, который придает этому термину Бейчелард (Васйе!агб, 1966). Существовавшая до ХЧ!1 в.

концепция магнетизма 1илатои, Аристотель, Гиппократ, Лукреций, Гильберт (О~(бег!, 1600)) может быть охарактеризована как наивный реализм. С начала ХЧН в. (П11Ьегт, 1600) наблюдается новый подход, который может рассматриваться как чистый эмпиризм. Рационалистический взгляд иа магнетизм возникает в начале Х1Х в. с появлением концепции магнитного поля ((ЧЬЬгакег, 1951). Ч. ГК Магнитореценция и магнитные минералы слабых магнитных полей ( с 5 Гс) на самые различные организмы были получены положительные результаты, хотя механизмы восприятия магнитного поля в то время были неясны (Вгозчп е1 а1., 1960; РаЬпег, 1963; Вагпо1Ьу, 1969; К)гасЬч(пк, 1981а, 1982). Косвенные свидетельства о влиянии магнитного поля на человека известны давно, но прямо показано это лишь в самое последнее время (Ва1гег, 1980 а„Ь; Оон!д, АЫе, 1981; К)гзсЬч1пй, 1981 6).

В 1975 г. Блейкмор (В!акешоге, 1975) обнаружил бактерии, которые непосредственно реагируют на геомагнитное поле, двигаясь вдоль его силовых линий. Это было первым неопровержимым доказательством того, что магнитное поле может непосредственно влиять на поведение живых организмов. Приведенные выше соображения, а также некоторые другие, выходящие за рамки данной работы, позволяют заметить, что в науке успех одной теории может тормозить развитие связанных с ней областей исследования (1.еч1-81ганзз, 1978). Кроме того, они показывают, что между организмами и окружающей средой существует полная гармония, представляющая собой нечто ббльшее, чем просто экологическое равновесие и что организмы чувствительны к стимулам намного более слабым, чем наука могла предположить (РаЬпег, 1976; БсЬзпЫБКоеш8, Кее1оп, 1978).

Способность живых созданий воспринимать слабые поля, возможно, связана с механизмами, поддерживающими биологические ритмы, которые исключительно точны н наследуются. Эта способность заслуживает тщательного непредвзятого изучения, имеющего целью более глубокое понимание сущности жизни на Земле (Ооц!б, 1980). 2. Магнитное поле Земли Магнитное поле представляет собой трехмерное векторное поле. В геомагнетизме принято характеризовать вектор геомагнитного поля его склонением, наклонением и амплитудой. Эти компоненты определяются относительно прямоугольной системы координат, оси которой в свою очередь определяются как функции географических характеристик рассматриваемой точки на поверхности Земли.

Одна из этих осей совпадает с направлением меридиана в этой точке и указывает на географический север. Другая перпендикулярна горизонтальной плоскости, касательной к поверхности Земли, и направлена к центру Земли. Третья ось перпендикулярна двум другим и имеет направление на запад. Магнитное склонение определяется как угол между проекцией вектора геомагнитного поля на плоскость, касательную к поверхности Земли, и меридианом.

Магнитное наклонение-это угол между вектором поля и плоскостью, касательной к поверхности Земли. Амплитуде, или напряженности поля, соответствует величина вектора геомагнитного поля. Причиной введения понятия магнитного склонения и составления его карт послужило отклонение стрелки компаса от линии, соединяющей географические север и юг (О1!Ьегц 1600). Первое измерение магнитного /4. Магниточувствиглельные микроорганизмы 33 -75' |о' -55' Рнс 1г1 1 Распределение (в гауссах) полного геомагнитного поля на территории Бразилин (Оодоу, 198! ), наклонения стало возможным после разработки змпирических методик, изложенных Гильбертом в работах по магнетизму и геомагнетизму (Я1Ьег1, 1600), а первые измерения амплитуды геомагнитного поля Гауссом в 1832 г.

-после разработки рациональной концепции магнитного поля (чч'Ы1а)сег, 1951). Таковы три аспекта в истории концепции магнетизма, каждый из которых способствовал введению в научный обиход одной из компонент магнитного поля. Проведенное Гильбертом подробное исследование полей„образуемых намагниченными сферами (террелами), показало, что Земля ведет себя как магнитный диполь. Однако причины существования магнитного поля Земли до сих пор не ясны. Анализ разложения в ряд сферических гармонических функций магнитного поля показал, что основной источник регистрируемого на поверхности планеты геомагнитного поля расположен внутри Земли.

Вклад внешних источников очень мал; ими обусловлены суточные колебания и некоторые другие вариации и пульсации. В настоящее время наиболее общепризнанной моделью источника геомагнитного поля является самовозбуждающееся гидро- магнитное динамо, генерирующее злектрический ток, который в свою очередь индуцирует магнитное поле. Эта модель объясняет некоторые Ч.

1К Магнитореиенлия и магнитные минералы 34 иэ фундаментальных особенностей земного магнетизма, однако она не дает удовлетворительного объяснения таким явлениям, как, например, инверсии, которые претерпело геомагнитное поле за последний миллиард лет (Орбуке, 1972), а также существование магнитных аномалий (СЬегпоэ)су, Мар1е, 1961) в областях, где магнитное поле Земли значительно отличается от того, которое должен давать единичный диполь. Наиболее обширная из таких областей расположена неподалеку от Рио-де-Жанейро и известна как Южно-атлантическая магнитная аномалия. На всей территории юго-восточной Бразилии величина геомагнитного поля существенно ниже, чем в других регионах на Земле.

Благодаря своей протянувшейся с севера на юг территории Бразилия отличается характерными особенностями геомагнитного поля, представляющими большой интерес при исследовании магнетизма в живых организмах. В северных районах страны наклонение геомагннтного поля положительно. У Форталезы, шт. Сеара, на магнитном экваторе поле имеет нулевое наклонение.

В области Южно-атлантической магнитной аномалии величина поля ниже 0,25 Гс, а наклонение составляет 25'. На всей территории Бразилии эта величина колеблется от 0,24 до 0,32 Гс (Ообоу, 1981) (рис. 14.1). 3. Результаты 3.1. Введение Этот раздел посвящен описанию использованных методов, а также способов приготовления для светового и электронного микроскопов образцов магниточувствительных микроорганизмов, обнаруженных в иле из окрестностей Рио-де-Жанейро. Мы приводим основные данные о характеристиках этих микроорганизмов, а также сведения о размере, числе и форме кристаллов, обусловливающих магнитные свойства этих микроорганизмов. Кристаллы обычно образуют цепочки в клеточной цнтоплазме.

Наличие частиц меньшего размера на концах цепочки (рис. 14.2) показывает, что у бактерий процесс образования магнетита в результате минерализации находится под биологическим контролем, а его механизм закодирован в геноме бактерий (В1а)еешоге, 1982; Ггапйе1, 1982). Предполагают (Ггапке1 ег а1., 1983), что ферменты, обеспечивающие образование магнетита, содержатся в оболочке магнитосом (Ггапке1, В1а1сепюге, 1984).

Магнетит, обнаруживаемый в бактериальных клетках присутствует в виде кристаллов с размерами, соответствующими единичному магнитному домену (Вп11ег, Валет)ее, 1975; Ггапйе!, В1акепюге, !980). Частицы с размерами меньшими, чем у единичного домена, обладают супермагнитными свойствами, в то время как ббльшие частицы имеют многодоменную структуру.

Ма~нитный момент единичного домена (при температуре ниже точки Кюри) постоянен и представляет собой максимальный момент частицы. Обнаружение магнетита у хитонов ((.оюепэ1атп, 19б2), пчел (Ооп16 е( а1., 1978, 1980; 35 (4. Магииточувствительные микроорганизмы Рис. 14,2, Фрагмент электронной микрофотографии кокковндного микроорганизма, выделенного нз донных осадков лагуны Родриго-де-Фрейтвс. Участка с высокой электронной плотностью имеют, судя по фотографии, форму гексвгонвдьных призм, образующих цепочку. Стрелкой отмечен имеющий меньшие размеры эдектроноплотный участок нв конце цели. КцгегЬасЬ е! а1., 1982), голубей (%а!согг ег а!., 1979), дельфинов (Ъюйег ег а1., 1981) и т,д, показывает, что процессы образования магнетита в результате биоминерализации широко распространены среди живых организмов ().оввепвгатп„1981), При неоднократном и систематическом исследовании водоемов в рассматриваемой местности удалось обнаружить множество относящихся к различным морфологическим типам организмов, обладающих способностью находить юг и двигаться преимущественно в южном направлении, причем многие из них остались неидентифицированными.

Мы в частности обнаружили в образцах из лагуны Родриго-де-Фрейтас (йодпйо г)е гге(гав), богатых магниточувствительными микроорганизмами диаметром 6 мкм, клетки, характеристики и поведение которых Зб Ч. (К Магнитарецепция и магнитнспе минералы позволяют предположить, что это зеленые водоросли, относящиеся к роду СЫатЫатопаз (1лпз с)е Ваггоз ес а1., 1981). Это первый пример магнитотаксиса у эукариотического организма. 3.2.