Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Под ред. Дж. Киршвинка. Том 1 (1989) (1095847), страница 73
Текст из файла (страница 73)
Для измерения склонев$$$я необходим магнитный компас„ а также независимая система Орне$$тацвввв $$О солнцу или звездам. ХОтя В такой сложной трехкомпонентной системе должен учитываться шум всех ~ост~в~~~щих и она не Мож~~ функпноввровать В облэчну$О погоду клв у рыб, мигрнрукнцих подо льдом, эта сввстсма несколько расширяет возможности ориентирования, поскольку геомагвнтнос склонение сильно меввяется с долготой, особенно на высоких широтах. Другими компонентами на этом уровне могут быть горизонтальная и Вертикаль$$вв сосвавляющие поля и его наклонения (Уса®1еу, 1947).
Неясно. Правда, какую дополнительную инфОрмацию может при этОм получить жнвотввос. Поскольку декартовы координаты «горизонтальная н вертикальная компоненты) дают такое же количество информации„ что и полярные (напряженность и наклонение). Кроме того, трудно $$рсдставкть себе такие «первичвые» оргэкеллы, которые моглн бьв непосредственно регистрировать Горизонтальную и вертикальную комповвсввтьв поля.„подобные оргакелды должны были бы обладать Одинаковой чув$ггвителъность$О к силе тяжести и к магкнтному полю. Например, достаточно большие магнетитные кристаллы, способные регистрировать поле тяжести, с необходимостью должны состоя-гь нз многих доменов, а такая система обладает малым эффективным магвнтным мОмсктом н, следовательно.
Не может кспользоваться В качестве реце$$" торОВ магнитного поля, Кроме того, мав кввтяая энергия однодоменных кристаллов, нахОдяцгнхся В ГСОмаГнитном $$олс, прсвышает Гравитационную энергию в 10~- !$У' раз; ясно, что эти два чувства разделены уже на уровне рецепторов, И наконец„животные могут ре$ ясгрировать малые изменения напряженности поля в том месте. Где эни били выпущены, и составлять «карту» Градиента напряженности поля, котору$О Они используют В качестве дополвввтс$$ЬНОЙ компОненты навиГациОннОГО механизма Обнаружено, что такие животные, как почтовые голуби„ь$нгрирующие черепахи н океанические рыбы, сразу после того, как их выпускают в незнакомой месткости, перемещаются по круговым траекториям диаметром 1ОО-2ОО м «%'ЭЬЖ 1978; Вы!!Ое 19'Щ возможно, такое поведеввис связано с составлением «карты» градиента.
Океанические животные могут использовать даже более простой способ, основанный на присущих морям особенностях мав.нитного поля, В Отличие От континентов ГСОМВГнитное поле в океанах имеет простую реГулярную структуру„состожщю из Вытякутъ$х вдОдь лннв$$ ссвер — юГ Ч. 117, Мсгггггггггсгрс'гК ггггггггг ггг."ареггггксгс"ггас' 1гсггс"хсагггрс гсгсс сслрвбтОВ К Внаднйя, ОбраэпааННЫХ ИМЕЮШИМНСЯ В баэаЛЬтОВОМ МОрском дкс участками с противоположными направлениями геомаглитного поля.
Это позволяет животным следить за относительными смешениями вдоль линии восток-запад с помощью подсчета локальных максимумОв или минимумов ПОля; информацию О положений вдоль направления север-юг дает регистрация магкнтйого наклонения. Животные, мигрирующие вдоль линии север-юг (например, финвалы в Атлантике), могуг просто ггрндсрживаться магнитных ссвпадиня.
Так, Киршвинк и др, (в печати) обкаружили, что выбросы китовых на берег у восточного побережья США наблюдались пренмугпествеино в тех местах, где такие хвпадииыгг пересекают береговую линию, Все сказанное выше позволяет сделать весьма правдоподобное пред положение„что магнитка» составляющая счувства картыгг может представлять собОЙ любую функцию полнОй величины пОлЯ, а также егО наклонения и склонения (мы псречислилй параметры геомагннтпого ПОЛЯ В ПОРЯДКЕ УМЕНЬгиСККЯ ЯСРОЯтНОСти ИХ ИСПОЛЬЗОВаййл). Зте ПРЕЛПО« ложение согласуется с наблюдениями Уолкотта и др. (%а1соп ю а1„1979) о том. Что в Организме почтовых голубей содержится 10т-1Огг Однодоменных магнетитных кристаллов, г Огда как для определения направления поля достаточно 10~-10', На магкетктйыс рецепторы, чувствительные к изменению наклонения нлн склонения, налагаются те же ограничения, вытекающие нз теории Ланжевена, что и йа рецепторы, использующиеся для Определения напрввлеййя поля. В следующем разделе мы рассмотрим соответствующий теоретичеекий ПОдход для случая органелл, чувствительных к напряженности поля, Этот подход обобщает модель тепловых флуктуаций„предложенную в работах К1гзс)зч(пй, ОООЙ, 1981 и К1гзс)г,сдпг, 1982.
2. Модель восприятия напряженности поля; тЕПЛОВЬ1Е ФЛУКтУаЦии Механкзм восприятия напряженности геомагннтйого поля (рис. 11.2) должен каким-го Образом минимизировать влияние направления поля Земли и выделить лишь е о абозлютную величину, подобно тому, как зто происходит в магнитометре, основанном на прецеосии протонов. Здесь возможны два подхода. В простейшем из йих используются рецепторы, чувствительные лишь к некой фуиктшй напряженности пола. Суммарный сигнал от большого числа таких рецепторов также не будет зависеть От направления поля. Во втором п~дходе используются менее сссовершенкыегг рецепторы, чувствительные н к йапряженкосги поля, и и его направлению, Если Имеется большое число таких структур со случайными цространственйыми ориентациями, то эффекты, связанные с направлением„после усреднения исчезнут и останется лишь зависящий от величины поля суммарный сигнал.
Однако восприятие полной величины поля, по-видимому, дает лишь / /. рсгз.кс7г чт сгггсгг сг ка,'гсс.гггигггаггх .ггп, гситсгрс.'ггегггггорсг т малый вклад а кчувство картыгг. Результаты работ Кетой е1 а1,, 1974 и Зоыьегп, 1978 о корреляции К-индекса проще объясняются чувствительностью к малым флуктуациям Основного поля; эта интерпретация кажется еще более убедительной, если учесть дакггыс о пкркалкапном ритме у пчел (1 шдацег, 1977) и о влиянии магнктных аномалий ка гоггубей (%а1соц, 1978; Рар1 е1 а1„1978).
Способность х воспркяткю небольших изменений основгюго поля йе менее полезна для мигрирующих животных, чем чувствительность к самой величине поля. Магнетитные репепторы в прккцкпс способны лндуцировать сигнал, зггггйсящий от величины поля. Малая частица, находящаяся в жидкой среде, поворачивается случайнь1м образом под действием броуновского лакжсння. В результате магйиткый момент 1г этой частицы отклоняется От направлениЯ внешнего полЯ В; плотность вероятности угла Отклонения задается распределением Больцмака схр (усох 9). В достаточно сильном поле параметр 7 = р,ВЖТвелик к 1г ориентируется вдоль направлеккя В.
Рецептор, который ссвклгочастсягг ь соответствии с некой периодигсской функцией от степени ориентагйгк гранулы, будет индупировать потенциал действия постоянной частоты. В слабых полях, когда 7 мало„ ориентация гранулы сильно меняется во времени и индупируемый сигнал будет иметь нерегулярную частоту. Средняя частота вклюЧенил рецептора содержит информацию о направлении поля, а характер колебаний около средней частоты зависит от его абсолютной величины. В работе К1гзс1гл~й, ООНЫ, 1981 рассмотрено несколько конкретных конфигураций рецепторов, обладающих указакными свойствами. Чувствительность систем такого типа скльно зависит от магнкткого момента каждого рецептора. Оптимальным является такой магнитный момент, прк котором малые флуктуацни 7 сопровождаются существенным изменением дисперсии распределения Больцмана.
Компоненты дисперсии„параллельные и перпендикулярные внешнему полю, равны О', = (2Ю1.(7), (1) сгх = 1 — (2ггу) Х47) — 1 ~(7), Р) где (47)„как и раньше,— функция Ланжевена. Дкффсрскцнрование сг, и О, по у дает Графики этих функций приведены на рис. 11,3, При очень малых моментах органеял, когда у близко к нулю, и перпендикулярная, и параллельная компоненты (рис. 113, 4, Б) стремятся к константам, раВНЫМ СООтВЕтетВЕККО (2гсЗ)"Х Л (1/3)"'. Прй таКИХ уСЛОВИяХ МаЛЫЕ флуктуации 7 пе будут сопровождаться значитсльнымн изменениями лнспсрскк и рецепгор будет ггедостаточно чувствителен. Аналогичная о т я ь в н и "'а т а в 2о 2Т т су(7) »'(у) ~)~(г~ч)~2~' Ч.
312 .Чнечгнезиеуеетеврч: гне'еер~ епц: ге кеес рея е.оенеуесеетн '2гс 1 ~ З- Коиионеяти дисперсии функции Лаи"кояаия н оотамальныя мвгнитнь2й момент лдя рецептора интенсивности поля На рнс. А н Е представлены грвфнан дтя нвраяхепы2оя н нврпеиднкупяриоя вио2нкему пало компонент, '.оотвстству2ощне функциям (1) н (2». Оптимальный момент рецептора оорелепяотся из успояия, что зги функции наиболее сильно меня2отся при мвлия аЗМСНСНИЯХ У. На РИС. 8 И Г 22РЕе2стааНЕНЫ ГРНфНКН «ООтаетстЯУ2О2ЦНХ ОРОНЗВОД- них (Фушщни (3) н (4)) Обв Она нмс2от максимум яблнзя у = 2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
