Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Под ред. Дж. Киршвинка. Том 2 (1989) (1095848), страница 36
Текст из файла (страница 36)
В отсутствие внешнего поля достаточной величины моменты распределяются случайным образом в соответствии с тепловыми колебаниями. Таким образом, направление вектора магнитного момента суперпарамагннтной частицы можно изменить, не приводя ее в движение. Как н в случае однодоменного механизма «сгрелки компаса» (СоцЫ, 198ОЬ), многочисленные «суперпарамагнвтные» рецепторы также вполне допустимы (К(гной«!пй, Оопп, 1981), хотя интуитивно это менее очевидно.
На рис. ! 8.9 показан пример такого гипотетического рецептора. Это эластичный, детектнрующий натяжение стержень, в который встроен ряд суперпарамагнитных частиц. При наложении перпендикулярно стержню внешнего поля магнитные моменты частиц в результате переориентирования параллельно полю начинают отталкиваться друг от друга, и стержень удлиняется. !8. Чувствительность медоносных кчел к магнитному нолю 169 Если внешнее поле параллельно длинной оси стержня, магнитные моменты ориентируются друг за другом, частицы взаимно притягиваются, и стержень сокрашается. Если несколько таких рецепторов расположены соответствуюшим образом, то животное сможет измерять н величину, и направление (но ие полярность) окружающего поля (с одним стержнем нельзя было бы отличить величину от направления).
Как н для однодоменных моделей, в этом случае энергия взаимодействия достаточно велика по сравнению с тепловым «шумом», и при наличии соответствующего числа частиц не исключено, что генерируемые силы могут быть зарегистрированы нервной системой (К1гзсЬ«)п)г, Ооп!д, 1981). 6.3. Магниты пчел Пчелы, по-виднмому, обладают магнетитом, из которого может быть создан как постоянный магнит, так и суперпарамагнитный детектор. Исходя нз имеюшихся данных, нельзя сказать, какой из этих механизмов (если не оба) используется.
Впервые постоянные магнитные моменты у пчел обнаружили Гоулд с соавторами (Ооп!6 е! а1., 1978). Эти моменты ориентированы поперек длинной оси тела пчелы в горизонтальной плоскости н, вероятнее всего, создаются моментами многочисленных однодоменных частиц магнетита, Согласно описанным выше моделям (К)гаса)с, Ооп!с), 1981; К1гзс)зч)п)с, 1981), способность пчел чувствовать магнитные поля можно разумно объяснить наличием этих однодоменных частиц. Гоулд и др.
(Ооп!с) е! а1., 1980), однако, обнаружили, что некоторые из исследованных пчел не обладают постоянным магнитным моментом, но тем не менее могут ориентировать свои горизонтальные танцы в соответствии с внешними полями. Аналогично вели себя пчелы, которые предварительно были искусственно «размагничены» в сильном переменном поле. Эти факты свидетельствуют против гипотезы «постоянного магнита», но не позволяют полностью исключить ее по двум причинам. Во-первых, однодоменные частицы пчел, вероятно, обладают сильной анизотропией (Ооп!б е! а1., 1978) и имеют тенденцию выстраивать свои магнитные моменты вдоль длинных осей. Поэтому процедура размагничивания переменным полем (Ооп!б ег а1., 1980) делает расположение моментов частиц неупорядоченным, но при этом момент каждой частицы будет случайным образом ориентирован в одном из только двух возможных направлений вдоль длинной оси. Если у пчелы магнитные моменты одной половины частиц ориентированы в одну сторону, а другой половины — в противоположную, то суммарный момент равен нулю, и «размагниченные» пчелы не будут обладать собственным магнитным полем, Однако случайной при этом стала лишь полярность полей частиц, в то время как их оси не изменились.
Если бы для используемого пчелами детектора с постоянным магнитом полярность была безразлична — как, например, в случае простого детектора врашающего момента «стрелки компаса» (другие примеры см. К)гзсЬ«)п)г, Ооп1Й, 170 Ч. 1К Магнитарецениин и магнитные минералы 1981) — то процедура размагничивания вряд ли в первую очередь повлияла бы на ориентацию пчел в магнитном поле. Более того, идея о том, что реальный детектор пчел действительно игнорирует полярность, подтверждается данными по поведению пчел: пчелы [а также птицы (%111зспко, %111зс)гяо, 1972; %а1сон, Огееп, 1974)2 не проявляют никаких признаков способности определять полярность поля.
Вторая причина, по которой гипотеза «постоянного магнита» не может быть отвергнута, проще: возможно, «немагнитные» пчелы Гоулда и его коллег на самом деле обладали магнитными полями, но эти поля были слишком слабыми и авторам просто не удалось их зарегистрировать. Однако, как отмечает Киршвинк (К)гзсптчп1с, !981), это возражение отпадает, если пчелы используют гипотетический детектор с постоянным магнитом для определения величины поля с таким высоким разрешением, которое следует из поведенческих данных (разд.
б.!). Как показывают расчеты (К(гзсЬ«1п)г, Ооп1с), 1981; Уогке, 1981), количество необходимого для обеспечения такой чуиствительности однодоменного магнетита легко регистрируется аппаратурой, которой располагали Гоулд с коллегами. К сожалению, зги вопросы приходится оставить открытыми, так как пока мы не можем с уверенностью сказать, умеют ли пчелы на самом деле определять величину поля с такой точностью. Хотя «аксиальный» вариант гипотезы «постоянного магнита» не может быть отвергнут, гипотеза «суперпарамагнетика» выглядит более привлекательной. Прежде все~о и размеры, и число однодоменных частиц, по-видимому, широко варьируют у пчел (ОопЫ е1 а1., 1978, 1980).
Все исследованные взрослые пчелы имеют существенное количество (2 10') суперпарамагнитиых частиц, размеры которых распределены в довольно узких пределах-от 300 до 350 А (рис. 18.10). Такое единообразие уже предполагает биологическую функцию (Ооп!д ег а1., 1980). Кроме того, как и одноосевой постоянный магнит, детектор на основе суперпарамагнитных частиц не должен размагничиваться переменным полем, поэтому и в этом случае нет противоречий с результатами Гоулда и др. (Ооц!д е1 а1, 1980). Наконец, большинство механизмов, основанных на поперечно-ориентированных одиночных доменах, трудно согласовать с наблюдениями Линдауэра и Мартина (Ьшбанег, Магйп, 1972) за ошибками направления (разд. 2).
Напомним, что ошибок направления не было, если виляющий пробег был ориентирован вдоль силовых линий магнитного поля, т. е. когда вращающий момент одиночных доменов, расположенных поперек длинной оси тела, был максимальным. Ошибок направления не было также в отсутствие поля, когда вращающий момент, действуюший на эти домены, должен быть минимальным. Как ухазывают Гоулд и др. (Оопп ег аЕ, 1980), трудно представить себе, каким образом и максимальный, и минимальный отклик детектора может приводить к одинаковой поведенческой реакции.
Не менее странно, что пчелы, танцуюшие перпендикулярно линиям поля-ситуация с точки зрения поперечно-ориентированных доменов, аналогичная нулевому полю, прн которой вращающий момент миннма- 18. Чувствительность медоносных пчел к магнитному полю 171 6 У 5 Я и о 4 р и 5 Й Ф сг 2 Ф ч о 1 ТемпеРатура, К 24 56 105 1вй 500 447 0 150 200 250 300 550 400 диаметр частицы ири фазовом иевехуае одиночный леыеи/сулериврвмагиетии, л Рпс. 18.10, Время релакшщнк магнитных доменов в супермагннтных частицах рабочей пчелы экспоненцпально возрастает прп понижении температуры.
Следовательно, частицы, которые прп комнатной температуре (300 К) являются суперпарамагнптпымн, прн температуре жнлкого азота (77 К) будут вестн себя как одиночные домены, способные сохранять остаточную намагниченность. Напротив, если переход суперпарамагнетпк/одиночный домен проводить, нагревая частицы в отсутствие внешнего магнитного поля, остаточная намагниченность, свойственная частицам прп низких температурах„ псчезнег.
Температура, прп которой остаточная намагниченность пропадает, указывает на размеры соответствующих частиц (см, значенпя по осп абсцисс). Для определения размеров суперпарамагннтных гранул пчел охлаждали до 77 К в сильном магнитном поле (3000 Гс), которое ориентирует направленпя магнитных моментов всех доменов. Кривая! показывает остаточную намагниченность одной пчелы прн нагревании в отсутствпе внешнего поля в крпогенном магннтометре. Ббльшая часть намагниченности пропадает прп температуре фазового перехода, соответствующей размерам частиц от 300 до 325 А.
Так как магнитная сфера диаметром 32$ А имеет момент 8,6.10 "ед. СГСМ, для того чтобы объяснить полученную остаточную намагниченность, пчела должна иметь около 2. 1О' такнх частпц. Кривые 2 н 3 показывают соответствующие зависимости в отсутствие сильного магнитного поля. (К)гюпч)пк, Соц)д, 198!.) леп,— тем не менее демонстрируют максимальные ошибки направления (хзоц10 е2 а1., 1980). Подобных проблем не возникает, если принять некоторые пз суперпарамагннтных механизмов, предложенных Кпршвпнком и Гоулдом (К)гзс)п(п)г, Ооц!д, 1981).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
