Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Под ред. Дж. Киршвинка. Том 1 (1989) (1095847), страница 74
Текст из файла (страница 74)
Поскольку Ьт "соотно2нсние (6)Д зависит от а/о', область оптимальных ъяачеиив у нссколько у2инряется н смещается и сторону увелнчсння т. ".нтуапля наблюдается н в случае больших магнетитных кристаллов„ когда у велико и тепловые отклонения аснмптатическн стремятся к кулю. Как легко видать из рис, !1З, В и Х; в обоих случаях оптнмально«2у значению магнитного момента соответствует у = 2, что в несколько раз меньше значения, полученного выше для рецепторов ккомпасан. Этметкм, чта этот результат ие зависит от того, каким образом осуществляется связь между Гринулами магнетита н нервной системой; аюбая система„подверженная тецловь)м флуктуациям, должка подчиняться аналогичным Ограничениям.
Чувствителькость такого устройства ыожно прямо оценить. Пусть ';(т)-типичный сигнал, индуцируемый одним нз рецепторов, а 2у(т)— ".такдартное откпонение (ту равно дисперсии). Суммирование по всем рецепторам приводит к уменьшению стандартного отклонения в М"е' Х'итееее'ее еееее Раду' н но, еесеееееееенеИ"' еоее,'Уенеееееун'ен'еИеееееч!з рнз. Поворот каждой гранулы асушествляется зи характерное Врсма т; 2«нтегрнровакне сигналов за время ~ улучшает временное разрешение у«тройстни в (2ут,) "к раз. Чунстиительиость устройства к малым флуктуациям Ьу можно Оценить, если предположить, например, что организм способен реагировать ни изменение сред))его сигнала.
риниос одному стандартному откяоненню1 Р, .~.~~,,, =Лу+ Ьу) — У(у)* (5) Разделив абе части на Ьу и предположив, что Ьу а у, находим О(у) Лт+ Ьу) — У(у) Ьт(Ь2фтЦ2ез Ьу Как к следовала Ожидать„чувствительность мОжно улучшить, увеличив число органелл Ф н отиа2нение г/т клн максимнзиронав у" (7) путем подбора 7, Саын функции 2(у) н 2т(у) определяются.
ко)ючно, конкретной моделью. Согласна обсуждавшейся выше модсдн регистрации нацряжснности наля. функция „)(у) зависит от соответствунмцкх компонент смещений мапуетитных гранул, обусловленных тепловым движением (рнс, 1!.З.А и о), Тогда функция,2" (у) должна иметь вид, представленный на рнс. !1З, В илн 113, Х'. Чувствительность к изменению магнитного поля ЬЗ при постоянной температуре будет ранна ЬТИ~р или 8ЬТ/у. Это означает, что устройство, содержащее 1О" гранул (Величина, йалученная для голубей; Жа(со)2 с2 и!., 1979), с временем усреднения 3,5 с (- !№) в сОстоянии зарегистрировав изменение вертикальнОн саставляю2цей поля менее 1 нТл„что со2'ласуется с данными рабат Тот»к, 1981 к КлгвсЬ4в!с, ОО22121, 19Ф.
В заключение следует отметить, что рассмотренное нами устройство должно быть чувствнтспь2ю также к малым фл)чггуацкям температуры. Если напряженкасть маг22итнога поля постоянна, то изменение температуры Ь7; которое может зарсуз)стриравать наше устройство, евно — ТЬу~у, где Ьу зщлется соо.тиошением (6), В случае голубей зта «Оатнсгствует изменению О„ООб'С за 3,5с (- !№), Таким образом, эффект мань)х флуктуаций темпсратурь) может быть принят за эффект нзменекия магнитного поля. если только не используется незваискмая система коррекции со специальными терморсцепторами.
Пред2ттавяяется. Однако, чта тецзювая инерпия птиц достаточно Велика для эффехткв- НОГО демпфирования Внешних темцературньтх изменений среды. Например„Торре-Буэно (Тоттс-Виспа, 1976) проследил с помощью радиотелеь2егрни за температурой тела скворца, пролетаю)пего по подогреваемому туннелю, Прн резком изменении температуры от павышсикага Ч. !$'$', Ми*ч$попгрс$!тцнт, и$«орки$ицч-к$~« рогт погир$чн$с значения 35'С к болеа кормяльиому 16'С скорость изменения температуры тали скворпд Оказалась равной 1 С/мин (О,05'СУ1ООТ). Это примерно в 8 раз больше теоретической оценки чувствительносги к изменениям температуры для рассмотренного пмп$е примера с голубямк, однако сравнимо с Величиной. которую мы получили бы, если бы изменение магнитного поля составляло 1О нТл.
Одкако в естественных условиях пткць$ редко подвергатотсп действию таких температурных скачков; типичные изменения температуры обычно гораздо меньше. Такие температурные эффекты вряд ли будут существенны дяп крупных позвоночных, особенно аслк рецепторы находятся в тепловом равновесии с большимн объемами жидкостей тела (кровь, спинномозгопзя жидкость). С другой стороны, Мартин и Лкидаузр (Маг!$п, 1$нбапег, 1977) обнаружили влияние температуры на поведение пчел в магнитном поле. ппрочав$, сами Они Объпсиплп свОи результаты как подтверждение парамагнкткого механизма чувствительности х маг$$итному полю. Сяо дует учитывать, однак, что пчелы-довольно мелкие животныа и обладяют меньшей тепловой инерцией.
,~1. Рп.кипр $агн$$$$! и .$$$$. пги$иогиыл .$$п;з$$пиореж.иги$$ра.т 1Фс 3, Обсуждение На основании всего сказанного выше можно предположить, что Важным параметром, разграничивающим дпе мнсорные функции, которые может ВыпОлнять магниторацейтор;Определение направления пОля нли Определение его абсолютной Величины;служит значение магнитного момента соответствующей оргаиеллы. Это предположа$$ие можно проверить„сравнив отношение !т3~$$7' для магнетитпых кристаллов, обнаруженных у голубей, пчел„рыб и т.д, такое сравнение удобно пропзводичь с помощью диаграммы Батлера-Ьанерджи, Представленной на рис. 11.4. Каждая точка иа диаграмме задает размер и форму магиетитиого параллелепппада, так что его магнитный момент также фиксирован.
На рис. ! !.4 нанесены три пунктирные ликии, отвечающие постоянным значениям магнитного монита гра$$ул и соответствуюпп$е у =О,1, ! и 1О, причем предполагается, что гранула находится В геомагпктиом поле (5О мкТЛ, илп О,5 Гс) при температуре тела животного ($1О К). Ках внлпо нз диаграммы, в случае голубей и рыб болыпая часть кристаллов находится в области несколько ппжа кривой у = 1, так что онк слишком малы, чтобы служить ккомпасиь$мн» органеллами (рецепторами направления поля), а у голубей -даже рецепторами напряСущаствуют по крайней мере два способа формирования систем с достаточно большим магнитным моментом. Это могут быть отдельные крупные кристаллы.
Но если их число не слишком мало (ие менее - !ОООО). Их можно было бы выявить с помощью магнитометрик. Интересно отметить, однако (Уогке, 1979; К1гвсЬт$п!$, $.$О$$1$1, 1931), что для создания очень чувствительного «компаса» достаточно ! ООО однодоменных магпетитных кристаллов, а такое малое их число невозможно Ряс. 11.4.
диаграмма Бзтлсрв-Бзпарлк$п длп чзстпи ызп$ститз, иысгои$ик форму прпыоугс лыки о нзркл$$слспппсдз (В$П1сг„Вв$$вфе, !975; К!гвс1$с1п1$, бо$$!$1, !9811. СЯ$тои$иыс яииип уквзывз$от тсоретичсскй и зкспвримвнтзльио опрсяслснныс гр$$ип$$ы ыс$кдг облзстямн глс $$зхолятсв ы$югол$$ысниъж~ Олиоломсниыс к супсрпарвмвгиитиыс кристиан. Три пу$$ктнрныс линии, псрссскви$щис одиоломсииу$о и су$$српкр$$мкгпитиуго области„-зто кривыс, отвсчаи$пв$с постоянному сбмму грвиулы и, спсяопатспы$о. постоянному магиитксыу моменту В, Они соответствуи$т значениям т= рЗ$7$Т, равным О,1, ! и !О $три комнаткой тсмпсрйтурс э гсоыпгнитном Йолс* выявить с помощью существующих в настоян!ее время магнптометров, Необходимо выделкть кристаллы из Организма и найти нх рпс$тределеипа по размерам.
С другой стороны, если указанные иа рис. 11.2 системы Б, В и Г используютси в сочетании с А или как отделькь$е компоиактьг «чувспе карты», то число таккх «комцасныхв гранул мо"кет быть бОЯЫПЕ, ХОТЯ ВСЕ Еща ИЕЛОСГВТОЧНО дЛя ИХ ПряМОГО дЕтЕКтИрОВаякя, Второй способ, с помощью которого можно увеличить маппггкый момент рапеиториых оргапалл, состоит в соединении кристаллов в цепочки, прк котором их магнитные моменты складываются, Как показывают электронно-микроскопические исследования (%а1согт е! а1.
1979), кристаллы действительно могут группироватьсл в цепочки нз нескольких частиц, так что их полный магнитный момент оказывается срзвнимьгм с мап$итным момаггом„которым должен обладать рецептор, чувствительный к напряженности поля, Достаточно длинные цепочки обнаружены пока только у магпитотаксичаских бактерий (Ва!1$$$$1!1 е! а1., !9%), хотя пе исключено, что в процессе зкстрагироваиия длинные $ $ $ Э$т!.".»еп1О~?!»н'нннч.' намял"»!Инсект' »зд( ~,»Онц»'йщ.* цепочки разрушаются, Кэк и кру$$ныс кристаллы, длннныс цепочки должны выявляться при изучении Взаимодействия между грэнулами.
Уокер и др. (%айаг С$ Э1., 1984; см, также гл. Ю;$ продемонстрировали наличке такого эффекта у рыб. Обладают ли цепочки достаточным мОментом, чъобы служить ЭЕОмнасными» рецепторами, $$сизвсстко, но если обладают, то можно предположить, что $$компас» имеет более высокое разрсше$$ие, чем зто следует из поведенческих данных. Адекватность высказанных гипотез можно также проверить, изучая поведение ж$$воткь$Х. Кнршвнкк (К$гзс1$ч1п1$, 19$1) показал, что данные работ МЭГ$$$$, 1.$П$1Э$$ег„1977 и $.1О$$1$1 с$ э1„1930 о горизонтальном танце пчел можно объяснить наличием Однодоменных ферромагнитных частиц С 7 а 6, Прн таКОМ Значеиин МОМЕНта рецЕПтОра ЗаВИСИМОСтЬ ТОЧ$$ОСТИ ориентации танца От величины вкец$иего поля количественно согласуется с функцией Лэнжсвенэ, отклоняясь от нее в слабых полях и аснмптотическк приблкя$аясь к ией с увеличением поля.
3$$эченнс магнит!!ОГО момента можно найти юз фо1ъмы криВой. Для компасного рецептОра пчелы этот момент раасн - 9 1О 'ь А'.Ь$'. Аналогичная проверка можст Окаъатьс$$ возмО?кной и в случае рс$$спторов, отмтствснных эа чувствитель$$ость к величине поля, когда будут в достаточной степени рэзработа$$ы поведенческие подходь$ н определению чувствительности к малым флуктуациям поля ($$э$$рнь$ер, изучение циркэдианных ритмов у пчел; 1$$$$1эиег, 1977). Как мы уже говорили, оптимальным является такой размер гранады-рецептора величины ноля, при котором иаиболсс сильно меняется дисперсия распределекия Больцманэ при малых изменениях у (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
