Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Под ред. Дж. Киршвинка. Том 1 (1989)

магнетита, размер которых колеблетсЯ От О,О5 до О,1 мкм; эти размеры, как следует из работ по изучению магнетизма ГОРных пород, соответствуют Одиночному магнитному домену. В аналогичных исследованиях кристаллов магНЕТИТЗ, содержа~цИХСя в зубнах ХИТОНЗ (и необходимых ему скорее благода$>я своей твердОСТН, а не магНИТНым свойствам) были Обнаружены чзстихВ~ размеры которых больше или меныпе указанных. Эти наблюдения поз волякл' щждположить, чтО граници узкоГО ии тервала, в котором колеблнлся Размеры бактернзльного магнетита, ЮУЛА~ 035.'Ч 6 терии нашли Ответ на ВОпрос О размере Одиночного магнитного домена магнетита зздолгО до исследователеи магнетизма горных пород. Геомагнетизм-это наука О магнитном ноле Земли, его источнике, ИС3 ОРии и НРОЯВЛЕНИИ в НРЕДЕЛЗХ биосфЕРЫ, ТепеРь МЫ ЗНЗЕм, чтО геомагнитное Боле не тОлько позволяет магииточувствительным Орга низмам Ориентироваться по сторонам света, НО и несет помимО этОГО разнообрззну~о полезнуто информаци~о, Суточные и другие колебания магнитного пОля содержат инфОрмацию о геОтдзфическОЙ широте времени года и суток, а локальные магннтнью знОмалии» ОсОбеинО такие~ как Океаннчесмие магнитные аномалии, могут в принципе служить орибитирами на путях мнгрипии животных, Наибольхпии интфрес пред" ставлмют, КОнечнО, Вопросы О тОм, на какие СВОЙства мзппп"НОГО поля в действительности реагируют Организмы и каковы механизмы их чувС$ ЖП'ЕЛЬИОСТИ К НЕМУ.

Однако для начала надо выяснить, что представляет собой магнитнОе поле ЗВмли, как ОНО измеряется и Описывается и кзкие именно из его парЗМЕтров могут ДЕГИстрироваться ОрГЗнизмами. Гл. 3, НЗПИсанная СКайлсом;ЭТО ПЕРВЗЯ ПОНЫТЕЗ СДЕлать ОбзОР ИМПОЩИхсЯ ДаннЫХ ДЛЯ биологиЧЕСКОЙ ЗУДИТОРИИ. Б~-О Давно зДУГ И Он ПРеДставлЯЕТ ИНТЕРЕС ддя всех исследователей, работающих В этОЙ Области.

1. Внедение Эз лвз последних десятилетия число минералов, для которых показано бногенное происхождение, Выросло с десяти. Известиь~х В ~96З г. (Ьэвепйапп, 1963), до сорока ~Ьжемаш, Жешег, 1933). Причем, поскольку частота Открытий не ащает, совершенно ясно, что гораздо бОльше подобНЫх минералов еще предстоит выяВИТЬ. СРЕди открытых минералов, КДИСТЗЛЛичЕСКЗЯ структура которыХ бЫЛЗ ОПРЕдЕЛЕНЗ с пОЧОШью современных методов, Обнаружено 1О железосодержаш~их, а имЕнно оксиды, сульфаты, сульфидм И фОСфатц жЕЛЕза. В табл, 1.1 приВеДен ПЕРЕЧЕНЬ ЭТИХ МИНЕРЗЛОВ, а ТЗКжЕ ДЗИНЬФЕ О ВСТРЕЧЗЮМОСТИ ЭТИХ минералов у прЕдСТЗВИТЕЛЕЙ РЗЗЛи~ных таксонов, мехзниЗМЗх ИХ бноминерзлизаЦии и известных к настОЖЯЕМу ВРЕмени функН;нях.

НекО- торые из этих минералов широко распространенй среди зукзриоти- ЧЕСЖИХ И ЩКЖЗРИОТКЧЕСКНХ ОРГЗННЗМОВ, а Два из НИХ вЂ” фЕрригидРит и магнетит — по-видимому, занимают по важнОСти СООТВЕТСТВЕННО чет- ВФРтое н пятое МЕСТЗ СРЕДИ Продуктов 6ИОминерализаЦии СОВРЕМЕННЫХ организмои. Феррипщрит «2,5 РЕдОз *4,5Н2О) ОбРЗЗуЕТ СЕ$ЧКЕВину ~мицелЛу) железозапасающего белка феррнтина у СЗМЫХ раЗЛИЧНЫХ жи- ВОТНЫХ, З родСТВЕННЫЕ ЕМу МИИЕраЛЫ ОКСИДОВ трЕХВаЛЕНТНОГО жЕЛЕЗЗ также некоторых прокариотических организмов (например, фитоферРитнй н бзктериофе~фитин).

Магнютит был Впервые Обшружен У хи- тонов менее 25 лет назад, но тогда к его биогенному происхожде- нию отнеслйсь весьма скептически, Однако, как следует из приведенных в этой книге данных, он скоро сможет конкурировать с фЕррнгндрИТОМ за четвертое место ПО рЗСНРОСТРЗНЕНИОСТИ, Широкое Распространение минералов железа, Отраженное В табл. 1,1, е Удивительно, если вспомнить О той фунДаментзльнои ДОли, которую О~сад~ МФХНЕТНТ (ГезО,,) В1а1изпоте, 1975 Мина ралимцюи, опосреДовзкнйй остовом ЛЕПИДОКРЮКИТ ($ю1~ еОО~Ц) В зубцах Хитонов 8 жслудочньи пластин- Ьжеаяаш, 196$ 36и 6$+охоноГих На поверхности кожи Еожепз$ахп (неопубли- ~о,ъ~фнй коэйкиые данные) ВНЕКлЕТОЧяая ИаИЬещ 1978 НайЬещ, 1978 Ч'аблица 1.1, Минералы железа, образующиеся вследствие биохимических процессов Внутрнйлеточные маГ- ННТОСОМЫ Неизвестна Внемлеточно, В зубцах 3 брюцае медоносных ЕЧФИ В каЩжшетчжтой %ости тяща, 3 колоне ГО" дуем В баиариоферритиноэих мицеллах В ферритниовык мицел- ЛЗХ %а11цм' е$ аЕ (гд.

20 данной книгм), Жа1СОМ Ф ий., 1979 Вбе1е3„%ай, 1979, Таха е~ а1., 1981 О ачд, Еа~~ет ооой, 3971; Реал, ЗааЬиху, 196$ Нее е1 а1., 1963 Рохд е1 а1., 1934 тоже, ВажМ, 1968 1лжепйая, 1967 $.ожепэ$айв, 1962Ь ЕЬг11СЬ, 1981 Тоже, 1967 Еоаен|1аш, 1972 заключение подтверждают слслуюцтне наблюдения: ьтагн$$точувствительные бактерии, обиар)",ксннмс Блсйкмором, Образуют внутри клеток покрытие Оболочкой кристаллы мат иетита в виде гсксагоналытых приам ила каплсвидиой формы (В1а)те$$тогс„ЛИ5; '1'отче, Мосле($, 1981; Ыа(зла е( а1., 1983; ВЫтеп»оге е$ а(., 1($81).

(зазмсрь$ этих кристаллов Варьируют В ОЧЕНЬ НдбОаЬШО$$ СТСИЕИИ Яожс, МОСПС)$, 1981). КРОМЕ ТОГО, бЫЛО показа$$о. что ие имеющ$$с пока видового иа»ванин бактерия ролл Ьр(огг(х абразутот Внутри покрываюцтсй филамеиты клеток оболочки $.схсагон»$льиую Решетку $$з пока ис илентифицнроВЗИ$юго минерала охсндк грехаалент$$ого железа (Са)4асП, СВЫ$$»еП„11$8()).

Характерная Хрнетаяхичдская СтруКтура СВНЛС$СЛЬСТВует Об ШтосрсдОВВНИОМ Ортаиичсским остовом контроле за образованием этой рецзстк$$, ио ис известно, каким образом окружаюитак клетки Оболочка Вь$полняст роль орг$$нического остова, Другим примером могут служить даа вида ииаиобактернй рода (»гд(е$$а. Повсрхиост их филамситов иокрмта у$юрядочеиными структурами иэ крисгал$юв кальцнта, Обраэу$даиимч квадратную решетку (Гг(с»)$ттаии, 1955, РЛ($). После обработки кальцитоаой оболочки разбавленной соляной кислотой остается только хрупкий лсктиноподобиь$й чехол (Гт(ет)гла$$В, 1»)55; (.Отчслз(апт„%»эпег, 1518)).

$.. ПОМОЩЬЮ СхаиируЮШСГО ЭиектрОИИОГО МнхрОСКОНВ НОЛучсИЫ фотографии предварительно обработаииых ЭД'ГА (с целью у»(аления кальция) н Вь$сушсииьгх до крнтнчсской точки Об(к»зцов свсжссобрнииь»х клеток бе($(»т»»$ (Ьмспа(ап$, 1($84), На фотографилх видно, что квааратнь$с участкк, Огороженные крис$аллазти кальцита, представляют собой органический Остов; оии связаи$$ между собой и Образуют ислрсрь$виую деть. Ороиизываютцую мнисралиэоваииую Оболо ку бактерии. Это иаблюдеи$$е свидетельствует о том. что у ирокариот мииераЛиэацня, О$$ОСрсдОВВН$$ая ОрГаНИЧЕскиМ ОетОВОМ, НабЛЮдаетея ИС тОЛькО у магииточуаетв$$тель$$ых бактерий, ио и у»$иаиобактернй, В также о том. Что этот процесс может идти нс только внутр$$ клетки, ио и на ее пОВсрхиосги.

У представителей рода бе$Й'.$$д миисралктозйннь$с структуры формируются иа поверхности фнламснтов, Образуюптей хорошо развипМ остов, и Внсшис напомнив»от скелетиые образования »укариотичсскнх клеток, однако оии отличаютсл »м лослед$$ях упа- КОВВОЙ крнсталлОВ Было также отмечено, что процессы бнон$$дунлров$»иной и Оцосредо ванной Остовом мннерал$$зацни нротеказот а анатомичсск$$ различ~ых чаетЯХ ОДНОГО И тото жд ОРГВИИЗМа, а ИЕОГЛВ И В ОДНОМ И ГОМ же МЕСТЕ (1.О$че$$з(ап$, %е$пег„1983). Примером Второго из уномянутых случаев может служить верхняя челюсть моллюска наутилуса ()ч(ИИИнз), для которой характерно чередование регулярных слоев кристаллов кальцита, формирующихся в результате мннсрализацин, Оаосредова$$иой ОстОВОм, и кристаэ$лов бру$ии!4 к всдслита, Обр$»зуюи$$$хся Вследствие бионидуцировакиой мииерализацкн ((.О$чсиз(агп, '$ч»гс$пет, 1983), гоч. лгун~тРЙ.4етеа34л,эчг44'мх . к О!эеа.

ю:ичс глнэ л;Рдхое Часто ернсгаллы, образуемые организмами, имеют уникальную берну, и зто позволяет делап вывод об их бнотекном происхождения. 1ьллкчкым пркмером служи* Флюорнт (СаРД, образутоажйся в желудочных пластинках брюхоногого моллюска нз ролл ЕгосарЬаллгг 1рис. 1.1, А1 ц в статслитах многих вялая мпзлд (рис. 1.1, Б) (?.отчеоягатп, МсСоапе1„196$), Игсаьчатыс кристаллы зто1о минерала (рнс, 1.1,61 совсем не похожи на кристаллы кубической к октездрической Формы, образующиеся яре кеоргапическкх реакциях, У животных различных групп отмсчалксь изменения е характере мннервхнзацни л процессе онтогенеза.

Наиболее выражены зги пзмспсикя у голотурнй вида Мо4юйа имю~пгйл (1лмеаьиип, Компзал, И751 На гщслсллчииочной стадии твердые частя мсзолсрмм у зтех органязмое состоят аз кальцктоеых игл (синеуса как и у других видов„оглосханхсе к лому классу. Па мере роста большая часть спикул, расположенных аяс ротового н хвостового участков тела, рассасываетсл и затем заменяется грапулами, образоеаннымя аморфным гилратом ~осфата трех еалснгного железа и аморфным кремниевым соединением, ло составу соответствующим опалу.