Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Под ред. Дж. Киршвинка. Том 1 (1989) (1095847), страница 70
Текст из файла (страница 70)
роватъся) европейские малиновки временно прекебрсгают побой информацией о магнитном поле н возвращаются к ней, только кеда убедятся, что большое поле, в котором они находятся, это постоянный, а нс временный фьктор, Работы по изучению реакции животных на изменение напряженности поля весьма немногочксленкы. Можно отметить, например, очень интересную работу %айег е! а1., 1982, в когорой обнаружено, что у желтоперого тунца можно выработать условный рефлекс на изменение поля; показано также, что в организме этих животных содержится магнетит и онн нечувствительны к малым электрическим полям (так что скорее всего ке используют индукцию). После того как было обнаружено. что в организме у пчел и голубей содержится ма«метит, и были проведены измерения низкотсмпературной индупировакной Остаточной намагниченности, стало ясно, что этн кеболыцие животные содержат очень много ( !О"-!О') однодоменных кристаллов магнетита.
Это гораздо больше, чем требуется для детектирования магнитного поля Земли, С чем это связано7 Изучение поведения животных показывает, что мигрирующие птицы и пчелы чувствительны не только к полю порядка 0.5 Гс, но и к его изменениям„составляющим всего лишь О,О Р4 От среднего поля. Например, у голубей нарушается способность к ориентации при наличии естественных магниткых аномалий, мапряжснкость поля в которых составляет О,О1-1б% от средней величины (%а!Со!1, 1978, 1980). На ориентацию голубей Влияют также магнитные бури (Магоге, !977; Вс!згс1- Ьег, Коза(.
1978). Некоторыв мигрируюшие птицы изменяют направление своего полета под влиянием искусственных изменений локального поля (!.Вг1с1п. Яийег!апд, !977), Мартин н Линдауер (Магбп, Ыпдапег. 1977) обнаружили, что танец у пчел изменяется во время магнитных бурь. Было высказано предположение (К!гзсйлч1Н8., ( оп1д, !981; УогМ, !98!), что для определенна малых изменений напряженности поля и~или его направления, имеющих место во время магнитных бурь, пчелам необходимо дополнительное колк ихзтво магнитного материала.
Улавливая такие изменения, жквотные получают дополнительную полезную ин- формацию Об окружающей среде Они могут использовать магнитное поле не только для ориентации. Известно, что у голубей чувствительность к малым изменениям поля проявляется при других условиях„чем чувствительность я направлению среднего поля Взрослые голуби, к головам которых прикреплекы индукционная катушка или постоянный магнит, изменяют направление своего полета по пути домой только в облачную погоду (Кее|оп, !975 в солнечныи день они предпочитают ориентироваться по с~лицу. Однако при Очень малых изменснкях поля они сбиваются с пути при любых ~ииодкых условиях, Возникло предположение, что голуби используют ма~ пнлюс поле двумя способами (к, возможно, имеют два разных набора рецепторов).
Если небо затянуто облакамк, магнитное поле используется как компас (а у молодых кто, возможно, как некий калибровочкый стандарт). В любую погоду малые изменения поля используются птицей как карта для определения местоположения. Данные «за» н «против» гипотезы и~пользования магнитного поля голубями для ориентации суммированы в работе ((зов!д, !972).
Для рецепции малых локальны х изменений поля животное может суммировать сигналы от многих детекторов Предположив, что детекторы представляют собой свободно вращающиеся магкетктиые гранулы, Киршвинк и я оценклк число гранул. необходимое для достижения наблюдаемой чувствительности, Для этого мы испольэовали результаты измерений Остаточной намагниченности. По нашим оценкам, зтк числа достаточно велики.
Рассмотрим вкратце ход наших рассуждений. Предположим, что сигнал От ОтдельнОгО детектора подчиняется кскОторому распределению верояткостсй; средняя амплитуда сигнала равна «. а дисперсия Ь«'. Характер распределения вероятностей зависит от магнитного поля к устройства детектора. Например, в случае свободно вращающейся гракулы верояпюсть Р ~!), ср)МЫр того, что грянула ориентирована в малом телесном угле а9йр (где 6 отсчитывается от направления поля), задается распределением Больцмака схр(кдсоз(!/АТ) в)п Вд9йр Р(0, у)Жйр = — схр —" -ехр Именко зто распределение мы кспольэоваяк при вычислении функции Ланжевена, входящей в уравнение (1). Если иместая Ф детекторов, то суммарный сигнал при больших Ф описывается кормальным распределением со средним значением М«и дисперсией МЬ~, Изменение магнйтного поля приводит к изменению средней амплитуды сигнала от К до «+ Ьг.
Таюе изменение можно отличить от статистической флуктуации, ссли ЖЬ«превышает среднеквадратичное Отклонскис~ т.е. если ~У > (й.~,~Ф)"'. Если отклик зависит ог оркектацин магкститной гранулы Относительно направления пОля н В рецепции участвует некая Ч. Ш. Ми»вл»орецелЧпл. ~иеореишч~мжг рагсмотрпт структура (например, мембрана в модели «короткого замыкания мембраны»), то Ь"» пропорционально $з9», что и свою очередь при )$37ЙТ> 1 равно примерно 217~!»3. Отсюда следует, что изменение ориентации поля может быть зарегистрировано, если компонента ЬЮ, перпендикулярная исходному направлению поля, удовлетворяет усло- И. $ $чг»Р' и чФ7имжюм~с,Мийо'Ря«фс.яРО ИО '««!121.яп~е~и»ю~Ы Кнршвник и Гоулд (К1$зсЬлтп1$., СО$$1$), 193!) разработали несколько моделей, основанных на предположении об использовании длл маптитс рецепции агрегатов взаимодействующих друг с другом суперпарамагнитных магнетитнь$х гранул, Их модели так же хорошо согласу»отея с наблюдаемым поведением животных, как и модели с постоянными магии гамп.
Одна из них лаже в состоянии дать физическое объяснение нечувствительности пчел к сильным магнитнь$м полям. откуда прн ЬЗ/В = !О ' и !$ЩТж 1 получаем Ж > (2)$$7)»,щ (щщ» = а !О~, Тикая же оценка была получена в предположении, что рецепторы чувствительны к изменениям только величины поля (К!гзс!$чий, 198!), Кроме того, Киршвннк и Гоулд (К!гас)таей, СОПЫ, !93!) Показали, что при повторных независимых измерениях, разделенных интервалами времени $, много большими, чем т-время переориентации гранул (см, вьште), эффективное число измерений возрастает от $$$ до м~т, Для оценки условий, необходимых для рецепции малых изменений поля„мы использовали модель свободно враптающихся магнетитиых гранул, но аналогичное рассмотрение (с несколько другими параметрами и функ$$ней распределения вероятностей) применимо н для других моделей.
Какой бы тип детекто$Я$ нн использовался в случае «чувства карть$» у птиц, а также лля восприятия малых изменений поля у пчел, животное должно иметь много таких детекторов. 5. Другие типы детекторов Гипотеза магниторецепции„основанной на использованкн постоянных магнитов, привлекательна своей простотой. В ее пользу говорит широкая распространенность магнетита в царстве животных; с ее помощью можно обьяснить некоторые особенности поведения животных„ способных к магниторецепции. Однако эта гипотеза не единственна в гл. 9 мы уже Обсуднлн возможность использования магнитной индукции для определения направления магнитного поля пластниожаберными рыбами (см. также )ппяеппап. Козеп)э!ПП$„19ВЩ.
Лиск (!.еая)$, $977) предложил механизм, основанный на оптической «накачке» молекул, расположенных в глазах птиц Для реализации э'гого механизма урОвеиь освещения должен быть близок к тому. который необходим для Фото- рецепции; он не может функционировать в темноте. Однако гипотезе Лиска противоречат результаты эксперимента по Опрк$$еяеиию магнитной чувствительности мальков лосося в темноте ((;!и!Ип е» а1„19в1). В работе Бс)ти!теп„Бс)тп!$еп, !977 кратко обсуждается механизм магниторецепции, основанный на зависимости от магнитного поля скорости химических реакций. Эта гипотеза летально ие разработана, и неизвестно„эффективен лн при разумных предположениях о молекулярных параметрах этот механизм в таких слабых полях, квк 0„5 ! с.
Наконец. 6. Проверки гипотез Гипотеза о существовании у насекомых или позвоночных магпиторецепторов, работа которых основана иа использовании матзтетита, пока не получила четкого экспериментального подтверждения. Как зто видно из обзора Гриффина (Сг1йп, !932), число противников идеи о том, что животные способны воспринимать геомагнитиое поле, все еще довольно велико. Быть може.г, окончательный ответ на этот вопрос дадут экспернменть$ пО изучению пОвепения желтоперого тунца. Но лаже н. В этом случае останется нерешенным вопрос о природе мапгнторецептора, Наиболее прямой способ проверки адекватности гипотезы о том, что магнетит ответствен за «магнитное чувство» животных, состоит в локализации скоплений магнегита у того или иного животного, их последующем хирургическом удалении нли перереэке ведущих к, иим нервов и наблюдении за поведением этого животного в магнитном поле.
Все зто-непростая задача (%а!со$$, Фа)со!!, !932; гл. 7); получить такие прямые и убедительные доказательства, пО видимОму, удастся лищь в лалском будущем. Второй подход (Ктгзс)тт!п)$, Ооой, !931) заключается в разрушении магниторецепторов с помощью магнитного поля с большим градиентом. Прн этом будут разрушены только рецепторы, в которых используется суперпарамаптитные материалы или постоянные магниты; рецепторы же, основанные иа друпгх прщщдпах (химические или индукционные), останутся целыми. В однородном магнитном поле на магнитный диполь действует лишь моме$$Т сил (но не сама сила), в неоднородном же поле появляется также н сила.
Эта сила направлена в сторону увеличения напряженности поля и пропорционааьш$ его градиенту )точнее, Г = в(!)$!1З! соз 9)1. На сферу радиуса г, перемещающуюся со скоростью е в среде с вязкостью т1, действует сила трения, равная бкг)г$. Под действием этой силь$ и сил, связанных с наличием градиента магнитното поля, сфера будет двигаться со скоростью, при которой обе силы равны по величине и противоположны по направлению.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
