Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Под ред. Дж. Киршвинка. Том 1 (1989), страница 13

Альтернативное объяс$$ейне может состоЯТЬ в том, что как инверсий поля, так и изменения фауны обусловлены третьим квлсййсм, таким как удар метеорита. К этому теиерь можно добавить, »!Го ВЬ$м$$ранйе йли В$щообразоааине МОГли бы Происходить В С$$учаях, когад пойуляиин. зависящие от временной илн Г$ростраистэениой инфоръ$ации„Получаемой через гсомйп$итнае ноле, были лишены ее ий нротяжсййн многих Поколений во время ниэсрсйй. С$$рвэедлнаость упомянутых иредпОЛожсний Оирсдсляет будущие б$1омягййтйыс исследования. Задачей этой главы Яэлкстск описание »сомагкитиого поля как В Геолог$$ческом Прошлом, так и В ийши дий. $(тобы помочь читателю лучше по$1ять сэязь данного геомаг$1нтиого Яалсння с конкретной биологической си гуацйей. Основное внимание мы будем уделять фсиомеиологии.

Некоторые теорстнчс$жие и методологические сведения будут приведены э згой главе для того, чтобы читатель смог оценить, насколько хороозо мы иоинь$аем различные гсомгниитныс Явления, Поскольку объем главы ие позволяет рассмотреть Все нмсийцнеся даинъ$е„мы рекомендуем исскояъко книг цо Гсомаг$$стизму. содержащйх до$$олййтсльиузо црйктнчески важнузо ийфармйцию, э частности, Сйаргиаа, $$йг$С)ц 1910; ($(йгх$$з)$$$й, Сййзр(1СП, 1967; МСИЫцву, 1973 и МСГГ11!, МСБ1($$$$иу. 19б3.

Одийко лля критическо$о Изучения Проблемы бйомап$стизма читйтел$О нужно обрвтнться к ориги$1альной литера$урс ио гсомйгйнтиому полю. Следует Отмстить, что многие из представленных здесь графиков, диаграмм и карт были построены э иервую Очередь для ГеофизнкОВ с цеяъзо ЙОМОчь э цоиима" $$йи Орйродь$ 1 сомйгйитных явлеййй й Потому являютс~ и$$сализнроаайиымн изображениями суцзествеиио унрощеийъ$х данных, которые часто $11йчйтсльно Отличаются От того, что реально Воз$$ействует иа мйГиитоЧУЯСТВНТСЛЪИЫй ОРГЯИНЗМ.

1.2. Электрические и магнитные поля. основные положения Ош$ой из главных целей бномагиитных нсследавакнй является эыясйснйс природы биологических магниторецепторов. Кйк следует нз нйзвайнк МОГО тОМа, ОСИОВНОС ВИНМЯЙНЕ ИССЯЕДОВатЕЛЕй а НЯСТОЯЙ$СС ВРСМЯ сосрсдотачсно йа биогсииых материалах, которые могут обладать иос» олиной или иидуцироэаиной намагниченностью. Однако с теоретической точки зрения нужно рассмотреть и лруп$с материалы.

Поскольку йй движение любого электрического заряда Влияют мп'интныс поля, к КЯЧССтВЕ ЙОтСНЦИЯЛЬИЫХ МЕХЯИИЗМОЭ МатнитОРСаСЙЦИИ СЛЕДУЕТ РЯС- сх$йтрнвать ио$$1$ые н злектронйыс токи, имеющиеся внутри организмов. "1омимо этого биомагнитйъ$е исследования должны включать э себя изучение злектроре$цт$иин, поскольку мяг$$итиое ноле, направление или яс»зйчйна которого меняется эо времени, всегда сопровождается злектричсскйм полем (закон Фарадея), и организм, лай;кушнйся В магнитном ~.

~нн, ннлипг нн и ~*, н лрнр~н~н н нгннун $ ЮЛС„нвндитн ЗЛСКтрИЧЕСХОС ПОЛЕ, таК же Ках Н Ь«ПГИИТПОЕ СЛЕЛОВатЕЛЬ- ю, если организм проявляет поведенческую плн $$$изпологическую реакппо на мьчиитнос поле„необходимо выасммть, реагнруег лп оп на наг$$мтиос поле прямо через магниторецептор мли косвенно через $лектричсское поле. В свете доказанных злектросепсорных способностей зазличиых Организмов (см., например Кн)тп$1п, )974) эго приобретает .кобос значение, Строго говоря, аналогичная проблема существует при зассмотрснми реакций организмов иа электрические поля. Однако если «читывать только псболь$ипс низкочастотные медленно меняющиеся злсктрические поля, свойствепныс естественному окружению биоло$ нчегких систем.

то окажется, что магии гные полн, связапнмс с временными нзменеииями электрических полей, Обычно чрезвычайно $д$абы. Иск$$ючснис составляют такйс лвборатормые условия. когда организм подваргастсн воздействию им$$ульс$$ых электрических полей, В подобных случаях иизкочастот$$ое пркближамие нарушается (даже если число пульсаций Й единппу Йремспи мало) висзапнымп включе$$иями и аыклп»- чепиями электрического поля, что может прийодмгь к возникновению зпвчителъ$$ых магпнтиь$х полей, Поскольку ПО$птмаине фуилнме$$талъной взаимосвязи между электрическими и маг$$мт$$Ь$мк полями существенно для правильной интерпретации биологических реакций иа Воздействие гсомаг~Итпого полл. рассмотрим искоторь$е оснОЙ$$ые прейс«явления.

Первое и самос $'лййиос из $$их заключается в тОМ, чтО электрические и магпитпь$е ЙОля связаны друг с другом. Онм являются комноиснтамн одного и то$ о же злсь тромагинтиого поля, $$рост)н$пстве$$$$ъ$е и временные характсристикн которого будут казаться разлнчнымн двум или нескольким наблюдателям, лвмжущимся ОТ$$оситель$$О друг друга. Поэтому Важно, чтобы каждый наблюдатель измерял все фтгзичесхие величины приборами, )Йтс$$олага$опткммся в его собственной снстемс отсчета„т.с, прнборвмн, исподвнж$$ыми по от$$ощснию к Нему, Электромагнитная сила Е,. Которая действует на заряд е. движуп$ийся со скоростью» в электрическом поле Е и магнитном поле В, равна.' Е =ФЕ+й«ХВ), ()) где крестик означает векторное произведение, й-$$остоя«$ная„зависящая от используемой системы сдкинц. В электромагнитной (СГСМ) н электростатической (СГСЭ) системах, а также в системе М)(С $$ = 1, а в системе СГС А = ),~г.

Таким образом, электрическая сила, действующая на $$, коллннеарпа Е, а з$аппттмая, или сила Лорснпа, перпендикулярна как «, так и В, Урайисиие (1) справедливо длх всех наблтодатслсй независимо ог их относпгель$$ых движений, Однако величины и Направления векторов 1$,. Е, «н В будут в общем случае различны для разных наблюдателей. Йз.за ииварпант$$ости заряда з является олины п тем же для всех наблю.дателей, и изменение змака $) меняет на $$ротивополож$$ос направление силы й;, Для биологически значимых скоростей разница Й Г н В в случае разных наблюдателей пренебрежимо мала Чтобы понять, почему наблюдатель, двмжущийся а магнитном поле «видите электрическое поле. Посмотрим, что происходит с злекгрнчесх$$»$ $нрядом ~у, движущимся параллельно длинному прямому проводнику.

Исследуем этот вопрос для двух случаев-во-первь$х, с точки $рснкн $$аблк$латсля. неподвижного по отно$пенню х проводу (рнс. 3.1, ,4). н Йо"Вторых, с тОчки зрения иабл$одзгеля, иеподзижно$'О одйижного по от" $$О$пс$$ню к заряду (рнс. 3.$, $»), Поскольку известно, что Йсе злсх$ркческне поля создазотся электрическими заряпамн, а Йсе ма$нитиь$е нонн возникают как следе'3'вис электрических токов, эта проблема равносильна сравне$$ито электрическим и мвгнитнь$х ПОлей, Йоздсйста)чо «них нн снляшсто иа насесте голубя, и полей, которым подвергается голубь. улетающий с насеста. Рассмотрим голубк па насесте, который Видит неподвижный провод, по которому течет ток 1 справа налево, хак показано па рис 3.1„4.

Провод $$езаряжеи, тах что электрическое поле вокруг исто отсутст Отсутствует $ак %$$$ ). Ток ( создаст магнитное иоле В, силовыс линии к ; ру ваютея вокруг провода ко часовой стрелке, сслн смотреть по * ° торОГО мправяе$$И$О тока. (Мвгпнтмая силовая лнпия-это кривая иап кото Ой а ха й кривая, иаправлс$$ме р ажлой точке определяет направлепнс вектора магнитного поля в "лой точке.) 11оммтмм вблизи провода отрицательный заряд д, который движется со скоростью т, параллельно проведу (рис, 3.1. А). Неподвижный голубь пс обнаружит электрической силы„дейсгвуюпгей иа заряд, но кпочувс$.нустн магиигмую силу Ф«, х В, направленную к проводу. Расс$нотрпм теперь второго голубя, летящего вместе с зарядом .

Так " кже обкаружйт магннтпос пола В, но ие заметит магнитной сндь$. дейстйУюшсп на ф, потомУ что заРЯд ч по Отношени$О ь псмУ покоится (рис, 3.1, $$$. Однако оба голубя нувндвтн, что заряд $) испытывает ускорение, $$аправлеипос х проводу, Следовательно лстягц$як Сина, лтяству$ощан нв отркпвтелы$ый тнрнл Е в6$н$зк нроволнквн, в ~ оРом течет ток (, ощрннннй мв$.кнтноо иоде В. 4. Проволнкв нсколвмже$$ ~ нотн$тнм$о $$вбн$олвтелв„в Е лвккстсв со своРость$о «т В ЗЙРЯА В неколвкэ ск "гноснтсн»но $$нбнюлвтелн. н проводник лвнйетсв со скорое«$но т Ч. т. ВасдсчиФФ в РЧуао,уемг голубю провод покажется цоложительяо заряженным и создающим электрическое пола Е = т, х В, которое притягивает отрицательный заряд д к проводу. Почему провод заряжен? Ответ весьма прост, Электрические токи должны Образовывать замкнутые петли, так чтО проводник на рис.

3.1 должен быть частью большого замкнутого контура. Для латящето голубя провод около у движтся со скоростью т = — т, в магяитиом поле, создаваемом током удаленной части контура. В действительности каждая часть контура движется в магнитном поле, создаваемом током яа противоположяой его стороне. Результирунлпие магнитиые силы, которые действуют на заряды„присутствующие в проВОде, приведут к ТОму, что положителькые заряды соберутся в проводе около д, а отрацательяые-В проводе на удаленной сторояе контура. Некоторые читатели могут не согласиться с точкой зрения летящего голубя. Поскольку движущийся коятур переносит свое магнитное поле с собой, здесь не происходят отиоситаяьяого движения магнит. НЮХ СИЛОВЫХ ЛИИИй И ЗВРЯДОВ В ПРОВОДЕ.

СЛЕДОВВТЕЛЬИО, «ЗВКЛЮчСНИЕЭ голубя о том, и"о яа заряд О действует электрическое пояс со стороны положытельно заряже мого проводя, неверно, В дейотви льно ти происходит следующее: двяжеиие магнитных силовых линий по отношению к д приводит к появлению силы, действутощей на этот заряд. Однако экспериментально такой ход рассуждений ие тюдтверждается. Если каждого голубя снабдить прибором, измеряющим электрическое поле, у летящего голубя стрелка на приборе отклонится, а у покоящегося останется неподвижной. «Воображаемое» электрическое поле летящего голубя оказывается вполне реальным, Наши сомневающиеся читатели просто не поняли уравнения (Ц, Скорость т, есть скорость движения заряда д отмосительно данного наблюдателю, а В я В-зто просто поля, измеренные на заряде а приборами, находящимися и покое по отиотленято к мому яаблюдателто.

Здесь ничего не говоритсл н яе утверждается о движении полей или их источников, В самом деле, в злектродянамнка нельзя определить «движуптутося силовую линию» Одяозяачяо, Например„хотя лет~щий голубь «видит» силовые линии электрического поля, неподвижный голубь ие квилят» тех же самых силовых линий, движущихся ОтносительнО нетО СО скоростью — т,, Действительно, сидящий голубь вовсе ие «видит» силовых линий (Й = О). Красота рассмотрения злектромагнетязма с п~хтицяй теории уоля состоит в том, что данный наблюдатель может ничего ие знать о движении или других свойствах контура, создающего электромагнитное поле. Наблюдатель должея только измерить поля я применить уравнение (1). Для детальиого анализа электрических полей, действие которых испытывают движущиеся и покоящиеся организмы, читатель может обратиться к работе КВ1пйр, !974.

1 У жца4ййщйое а4ме а'О пРИРоиа м 1кРНРРач 2, Главное геомагнитное поле 2,1. Природа современного поля Примитивный магнитный компас был наверняка известа йца уже во в. до н.з. (Йее4Ьаш, 1962), и с этого времени человечество же во Пв. о широко использовало тот факт, что на большей части замяой поверхности стрелка компаса указывает приблизительно нв географический Северный полюс. В самом деле, если взять сферический компас, стрелка которого может свободно смещаться как по горизонтали, так и по вертикали, то Около Аддис-Абебы (Эфиопия) она установится в горизонтальной плоскасти, а ЕЕ СЕВерный конец будет ухаЗЫВВТЬ прямо 36нит(-) д-смловвяио Н-горизонтальная составляющая Х-вертияальяая составляющая Х-меривнивлыев яоыпоиеятз у'-миротния номпоионта Р-полвмй еоатор ивщввявнвоещ Х-наяаовевио оляьзв вектор иапрмикняаспт геомагнатаого валя Р и теотраФячеакая йсятаяяя матяятных злементов д, т„К Х, Уи У (Сйетпойу ет э~- ~9О5). нэ гсогрэфичсский север.

О2$!Еако окрестности Аддис-Абебы -лишь один из трсх- !Стырех районов мира, где компас будет ориентирован с такой точ$$остью. Кае правило, направление стрелки будет меняться от места к месту, отклоняясь на несколько градусов от истнн$юго ссясра и гориэонэ али. Поэтому полезно выбирать географи!ескн обоснованную систему КООрдинэт, В ко'$'Орой МОжнО пОдхОдЯщим ОбразОм Определить Величину н направление вектора гсомагнитного поля в л$обой точке. (В заданной точке вектор магнипюго пзля направлен туда же, куда направлен северный конец стрелки С4$ери жкого компаса.) Обп$епри!Ея! Ой Является ПРЯМОУГОЛЬнак СИСтЕМЙ ЕООРДИНат, У КОТОРОЙ ОСИ ИЭПРаВЛЕНЫ На СЕВЕР, восток и вниз (рис.