Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Под ред. Дж. Киршвинка. Том 2 (1989) (1095848), страница 35

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 35)

Система магниторецепции 6.1. Предполагаемая чувствительность детектора К сожалению, все наши предположения о чувствительности детектора в отношении величины магнитного поля опираются лишь на два типа явлений, само сушествованне которых доказано наименее убедительно, Это уже обсуждавшаяся связь между ошибками направления н варнацнямн величины поля н предполагаемое использование пчелами в качестве временных ориентиров суточных колебаний величины магнитного поля.

Если, как считают Мартин н Лнндауэр (Маггпнк 1лпбапег, 1977), ошибки направлення действительно зависят от вариаций величины поля, то чувствительность можно оценить велнчнной порядка 1 †!О нтл, если детектор нзмеряет абсолютную величину поля, нлн 0,1 — 1,0 нтл!мнн, если он измеряет скорость изменения его величины (Магйп, 1лпбацег, 1977; Ооц!д, 1980Ь; К)гвсЬч!п)с, Ооп!д, !981). Система ошибок направлення, по-внднмому, насыщается прн скоростях нзмененнй больше, чем !-3 нтл/мнн; прн таких значениях дисперсия углов танцев становится аномально высокой (Магйп, (лпбапег, 1977, рнс. 18).

Оценки, полученные нз ошибок направления, неплохо согласуются с оценками, полученными 166 Ч. П. Магнитарецениил и магнитные минералы в предположении справедливости гипотезы «магиитиого времязадателя» Лиидауэра; чтобы достичь полученной в экспериментах точности + 15 мии в определении времени, пчелы должны уметь измерять общую величину поля с точностью -2 — 5 иТл или скорость изменений с точностью 0,3 иТл!мии в зависимости от того, какой параметр используется (Пои!д, 1980Ь). Хотя такое соответствие независимых оценок и обнадеживает, сами оценки, к сожалению, ненадежны, по крайней мере до тех пор, пока явления, иа которых оии основываются, ие получат более строгого подтверждения.

Мы надеемся, что предложенные выше эксперименты с искусственными полями (разд. 2 и 5) позволят иам в скором времени провести необходимые измерения. Пока же мы вынуждены довольствоваться лишь подобными оценками. Ииформапия о чувствительности детектора к изменениям иаправлеиия поля несколько более достоверна.

Из данных по горизоитальиым танцам следует, что точность детектирования составляет порядка + 9 при величине поля, равной геомагиитиому (стаидартиое отклонение, из данных Сюп!й ег а1., !980). Реальная чувствительность, вероятно, даже выше, так как в используемые для оценок вариации измерений направления танца значительный вклад вносят также эксперимеитальиые погрешности и неизбежные отклонения таицовшицы, пытающейся как-то маневрировать иа неровной танцевальной площадке среди своих подруг по улью (КЫзсЬззп)г, 1981).

Точность, с которой кривые ошибок иаправлеиия Лиидауэра и Мартина проходят через нуль в предсказанных точках, предполагает погрешность детектора в отношении направления + 2' при величине поля, равной геомагпитиому (Магбп, Ыпдацег, 1977), а из данных по строительству сотов следует, что рой сцособеи измерять направление поля с точностью либо + 2', либо + 40' в зависимости от того, чьи результаты использовать.

Наконец, из экспериментов с горизоигальиыми танцами мы знаем, что при магнитном поле, составляющем 0 — 588 (0-2500 иТл) геомагиитиого, еще наблюдается слабая чувствительность в измерении направления поля (рис. 18.6). Абсолютный минимум поля, необходимый пчелам для определения направления, пока неизвестен, ио соответствующие эксперименты можно было бы легко поставить.

В любом случае ясно, что медоносные пчелы могут по крайней мере определять направление (ио ие обязательно полярность) магнитных полей, по величине несколько меньших, чем геомагиитиое, и, как известно из некоторых поведенческих данных, вероятно, способны определять величину магнитного поля с поразительной точностью 1 — 1О иТл, Следующий этап исследований-помимо попытки подтвердить реальность эффектов магнитного поля в тех случаях, где эти эффекты недостаточно доказаны, и попытки увеличить точность наших оценок,— по-видимому, заключается в том, чтобы вылепить, как пчелы чувствуют магнитное поле. 78. Чувствительность медоносных пчел к л~агнитному полю !67 б.2. Природа детектора Поскольку пчелы — наземные животные, обитающие в непроводящей среде, н, по-внднмому, могут чувствовать магнитное поле, будучи почти неподвижными, маловероятно, чтобы работа магннторецептора основывалась на принципе электромагнитной индукции, когда прн движении электрического проводника в магнитном поле генернруется злектрнческнй потенциал (Ооп!б, 1980Ь; КлгвсЬт)п(с, Ооп!б, 1981; гл.

9). Электромагнитной нндукцней, например, может объясняться чувствительность к магнитному полю пластнножаберных рыб (Ка!пщп, 1974, 1978). Вряд лн также рецепторный механизм пчел основан на явлении парамагнетнзма. Парамагннтные поля-зто слабые локальные магнитные поля, возникающне у многих видов молекул вследствие временно~о согласованного выстраивания спннов неспаренных электронов под влиянием сильных внешних полей. Понятно, что этн слабые поля могли бы какнм-то образом детектнроваться, однако энергия взаимодействия единственного неспаренного электрона в типичной органической молекуле с геомагнитным полем составляет лишь одну миллионную часть энергии теплового движения атомов (Ъ'стасе, 1979; К)гзсЬи~й, Поп!б, 1981; гл.

1О), Маловероятно, чтобы нервная система пчел могла работать с таким плохим отношением сигнала к шуму. Основываясь только на этнх соображениях, все же нельзя полностью отвергать индукцию (Соре, 1973) н парамагнетнзм ().еаза, 1977), однако после открытия сннтезнруемого !и ч1«о магнетита (Рео. РезОз) сначала у хитонов (Ьопепз!агп, 1962), затем у пчел (Ооп!б ег а!., 1978), а теперь н у многих других организмов (см.

соответствующие главы в этой книге) более правдоподобнымн представляются два других механизма, основанные на двух ферромагнитных свойствах этого матернала-постоянном магнетнзме н суперпарамагнетнзме. Магнитное поведение кристалла магнетита завнснт от его размера н формы (Впг!ег, Валет)ее, 1975; К)гзсЬч(п)с, ОопЫ, 1981; гл. 11). Если кристалл достаточно большой н обладает достаточной анизотропией, спины неспаренных электронов упорядоченных в кристаллической решетке атомов Ее" будут спонтанно согласовывать свою орнентапню, генерируя в сумме сильное магнитное поле (гл. 2).

Наименьшая магнитно стабильная единица магнетита имеет обычно размер 0,1 мкм (но зависит от формы кристалла) н называется одишочным доменом. Таким образом, однодоменный кристалл постоянно намагннчен н ведет себя подобно стрелке компаса: в присутствии внешнего магнитного поля он вращается до тех пор, пока направление его собственного поля не совпадет с направлением внешнего поля.

Нетрудно представить себе множество способов, как однодоменные кристаллы магнетита могли бы быть включены в сенсорные органеллы н связаны с нервной системой, Несколько возможных моделей предлагают Кнршвннк н Гоулд (КЫ- зсЬчпЬ, Ооп!б, 1981) н Кнршвннк (Клгзс1пий, 1981) (гл. 11). В одной нз моделей, например, простой детектор типа «стрелкн компаса», измеряя 168 Ч. )К Магиитарецелцил и магнитные минералы 1 В«инин нянин«хне Внннжн Снинныннин рис, 18,9, Суцерцнрнмагннтный эластичный стержень н роли мнгниторецецторн. А. Пол лейстняем внешнего поля (В,„, „) магнитные моменты суцерпарнмагннтнмх частиц располагаются перпеццякулярцо осн стержня. Частицы отталкиваются друг от друга я стержень удлицяетсн.

Е Внешнее поле делает моменты частиц цнраллельнымн осн стержня. Частицы притягиваются, стержень сокращается. (К1гнсй«1пх, Со«1д, 1981.) врашающий момент одной или нескольких однодоменных частиц, определяет направление внешнего поля. Общий для всех моделей вопрос — соотношение между энергией взаимодействия магнитных полей частиц магнетита с геомагнитным полем и энергией теплового «шума» ()сТ, где « — константа Больцмана, Т-абсолютная температура): если энергия взаимодействия меньше «Т, то это взаимодействие просто не будет заметно на фоне «шума».

Киршвинк и Гоулд показали, что энергия взаимодействия однодоменных кристаллов в их моделях может быть равна илн больше )сТ, т.е. механизм «постоянного магнита» представляется вполне вероятным. Второе свойство магнетита, которое могло бы использоваться в магннторецепторе, суперпарамагнетизм, несколько сложнее. Частицы магнетита, имеющие размеры меньше, чем размер одиночного стабильного домена, тем не менее обладают собственными магнитными моментами и в отличие от парамагнетиков сохраняют их в отсутствие внешнего поля, Однако направление этих моментов нестабильно и имеет тецденцию отслеживать направление внешних полей.

Характеристики

Список файлов книги