Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Под ред. Дж. Киршвинка. Том 2 (1989) (1095848), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Участие магнетита в магниторецепции у многоклеточных животных не может считаться доказанным до тех пор, пока не будет выяснена связь между кристаллами магнетита и активацией сенсорных нервных волокон, передающих в центральную нервную систему информацию о магнитном поле. Однако выявление биогенного магнетита, который мог бы использоваться различными представителями беспозвоночных и позвоночных, позволяет решить трудный теоретический вопрос об общем сенсорном механизме восприятия магнитных полей и выдвинуть разумную рабочую гипотезу для экспериментальной проверки многих предположений относительно магниторецепции. Эту гипотезу могли бы существенно подкрепить опыты, в которых исследовалось бы влияние ферромагнитных эффектов на поведенческие реакции, связанные с магнитными полями.
Киршвинк и Уокер (гл. 11) предлагают схему экспериментов для оценки магнитных моментов магниторецепторов. основанных на магнетите, и для проверки теоретических ограничений, налагаемых на рецепторы, участвующие в феррома|нитном детектировании направления и величины магнитного поля. Многообразие методов, применявшихся в описанных исследованиях, открывает возможности для «внутреннего контроля» результатов.
При помощи магнитометрического метода мы сумели не только выявить у рыб «магнитныев области тела, но и доказали, что ЯВМ, приобретаемая решетчатой костью в сильном постоянном поле, обусловлена не загрязнениями, очень мягкими и очень твердыми в магнитном отношении, а однодоменными кристаллами магнетита. Анализ микро- проб показал, что кристаллы, обнаруженные у желтоперых тунцов, почти не содержат примесей, характерных для магнетитов геологического происхождения. Наконец, уникальная-отличная от октаэдраформа этих кристаллов, видимая в просвечивающем электронном микроскопе (как известно, все другие магнетиты имеют кристаллы октаэдрнческой формы), свидетельствует об их биогенной природе (рис.
20.7). Полученные нами данные о кристаллах магнетита, выделенных у желтоперого тунца, проливают также свет на процесс биомннерализацин 210 Ч. (К Магнитореченуин и магнитные минералы магнетита. Судя по дифракционным спектрам, эти кристаллы являются очень чистыми, а это означает, что они формировались в условиях жесткого химического контроля. Кроме того, кристаллы очень однородны по форме и размерам. Такие особенности характерны для бногенных минералов, образующихся под контролем органического матрикса (Ьояепыаш, 1981; см. также гл. 1).
Единственные хорошо изученные примеры биоминерализации магнетита мы находим у хитонов н бактерий. Эти организмы, по-видимому, формируют «шаблон» из органического матрикса и биохимически осаждают в нем магнетит под ферментативным контролем (К1гзс)зфпк, ЬоыепзГаш, 1979; Ва()свч!1 е1 а1., 1980; см. также гл. 16). Механизм биомннерализации при участии матрикса, по-виднмому, используется и при осаждении магнетита у рыб, так как он дает возможность контролировать величину, форму и состав кристаллов, что необходимо для магниторецепции. Выявление кристаллов и их локализация в интактных тканях животного могли бы способствовать пониманию как процесса их образования, так и их роли в явлении магниторецепцнн. Процессы биоминералнзацни имеют длинную эволюционную историю.
Широкое распространение весьма сходного процесса минералнзации органического матрикса у многоклеточных организмов, используемого при образовании скелета со времен позднего докембрийского периода (%ешег е1 а1., 1983), позволяет предположить его общее происхождение, датируемое ранним докембрием (Ьоыепз1аш, %ешег, 1983).
Магнетит, образованный, по-виднмому, путем минерализации матрикса, в настоящее время обнаружен у многих филогенетически далеких друг от друга групп многоклеточных. Исходя из аргументов, близких к тем, которые были выдвинуты ранее (Ьоыепзгаш, %е)пег, 1983), можно предложить две гипотезы появления магнетита у этих групп животных. Возможно, биогенный магнетит у многоклеточных появился очень давно, в докембрийское время, т.е. в период, предшествующий дифференциации типов Ме1ахоа; другая возможность состоит в том, что он появлялся многократно независимым путем уже в позднем докембрии, после того как многоклеточные разделились на несколько типов.
Решение вопроса о происхождении биогенного магнетита у многоклеточных, по-видимому, зависит от возможности идентифицировать магнетиты метазойного происхождения в период, предшествующий позднему докембрию. Ловенстам и Вейнер (Ьоыепзгаш, %ешег, 1983) предполагают, что способность к образованию магнетита возникла в раннем докембрин как механизм накопления железа в восстановительной среде того времени. У бактерий, обладающих кристаллами магнетита, способность передвигаться в определенном направлении благодаря магнитотакснсу могла бы давать селективное преимущество еще до формирования среды, богатой кислородом.
Для того чтобы объяснить происхождение магниторецепции у многоклеточных животных, вероятно, необходимо по- 2(!. Магниторев)епттин у рыб 211 стулировать отбор, благоприятствующий созданию связи между кристаллами магнетита и сенсорной системой. Это позволяет предположить, что магнетпт играл в организме какую-то другую, возникшую в более далекие времена роль. В ряде работ сообщалось о наличии магнетита или магнитного материала, ие имеюшего явной магпиторецепторной функции (Ргев6, Ре168геш, 1980), причем анемичные особи могли его утрачивать (Ва1сег ег а1., 1983).
Исследование таких отложений, их локализации и условий формирования может пролить свет на исходные функции магнетита у многоклеточных животных. Благодарности. Большую помощь в ходе этого исследования принесло обсуждение наших данных с Х. А. Ловенстамом и А. Перри. Мы весьма обязаны Ч. Хэлси, Б.Х. Китингу, Ли Чунг Мингу и М.О. Гарсиа из Гавайского института геофизики (Гавайский университет) за возможность использовать оборудование палеомагнитной лаборатории и помошь в анализе данных рентгеновской дифракции и электронного микрозондирования. Ши-Бин Робин Чанг и Карла А, Петерсон провели исследование методом просвечиваюшей электронной микроскопии и участвовали в магнитометрических экспериментах в Калифорнийском технологическом институте. Исследование финансировалось юго-западным рыболовным центром лаборатории Гонолулу национальной службы морского рыболовства.
Частично это исследование обеспечивалось финансированием аспирантской работы из восточно-западного центра Гонолулу и научной субсидией М.М.5Ч. от 8!Вша Х1 (8гап( )з(о. 3938, отдел геологических и планетарных наук Калифорнийского технологического института). Литература 4Ь!е К. Р„1980. МесЬапйпп оГ опепта!юп, пвт!8вйоп, впд Ьопипк. 1п: Анапа! М!8твйоп, От!еп!в6оп, апд 1явыкабоп (8.А. ОвитЬтеаих, )т., еда Асвдепис Ртевз, )Чеп Уотерс, р. 283-373.
Ва)тег В. Я., Майег,Г, С., Кенпаидь 3. Н. (1983), Макпейс Ьопев )п Ьшпвп ппивев, )Чвтше, 301, 78 — 80. Вайти ГГ! В. Г,, Мага!ее В., ВГаЬетеоге Я. Р. (1980). Г)!!таз!тис!иге оГ а пшвпе!отасбс вр!пПшп, 1. Ввс!епо1., 141, 1399 — 1408. Веаидганд 2. Р. (1976). Ап апешр! !о сопйпп шввпедс вепв!6иту й тЬе р!кеоп, Со!ишЬа Г!с!а, 1. Сошр. РЬуз!о( А, 110, 343-355, Влтегшап М. Е., 1966. Апппа! Геапйпк. 1ш Ехрепптемв) Мейодв апд 1пв!гшпептв!юп тп РвусЬо!оку (3.В. 8!допек(, ед.), МсОтап-Н!11, Мсн Чотк, рр. 451 — 484. Вюеппан М.
Е„1979. Гу!вспшшат!оп, 1и: Апипв! 1.еатп!пп 8иттеу впд Апа1увй (М. Е В(иеппап, Ч.М. ЕоЕотдо. Ю.В. Отетш!ет, впд М.Р. ВввЬоне, едва Р1епшп ртевз, )Чеп УотЬ, рр. 413-443. Вас)шзтн М.А. (1977). Яепз!т!з!!у оГ тЬе Ьопипк р!8еоп !о ап евтй-в!геок!Ь ппщпебс йе!д, Ыатше, 267, 340 — 342. Сагеу Кб., лоб!вон В.
Н. (1981). Оайу рвпегпз ш йе вс666ев оГ впотдГввЬ, Кф)наз д)ад!ив, оЬзетзед Ьу всоивбс те!ешетту, ().8. РИЬ Вий., 79, 277 — 292. Свозе)6 Я. (!981). 1Шетас6пк ув. попдп!етвс6пк в!п81едошв!и ЬеЬат!от !и пвитта1 впд вуп1Ьет1с вшпр!ез, РЬув. ЕвПЬ Р1апет 1птет., 26, 56 — 62. Соре и )Е (197!). Езгдепсе Гтопт всйтайоп епет8!ев Гот зиретсопдист!уе !иппе1!пк 212 Ч. !К Магниторецелцин и магнитные минералы !и Ыо!о8(са! вуз!егив ас рЬуз!о!о8!са) Сегпрегагигев, РЬуяо1.
СЬет. РЬув., 3, 403 — 410. Соре Р. И'. (1973). В!о!о8!са! веля!пдву !о иеа)с гпадпе6с йе!дз дие го Ыо!о8!са) трегсопдис6че 3оверЬзоп !ипс!юпв? РЬузю!. СЬет. РЬув., 5, !73 — 176. Ет(ел Я. Т., !975. Мщгадоп: Опепсайоп апд па68айоп. Ги: Ащап Вю!оду, Чо!. Ч (Гу. Я. Распев, !. И. К!п8, апд К, С. РагИев, едв.), Асадепис Ргезз, Ыесч Чогщ рр. 129-219. Реал)се! К В., ВГа(сетоге К. Р. (! 980). Хачща6опа1 сотравв Ы та8пебс Ьас села, !.
Мадп. Ма!ег., 15 — 18, !56! — 1564. Ргалде! В. В., ВГайтоге К Р., )ра8е В.я. (!979). Мадпейе гп ГгевЬяагег та8пеСогасйс Ьасгеиа, Яс!енсе, 203, ! 355-1356. СоиЫ .!. !.. (1980). ТЬе саве Гог гиа8пег!с зеив!ИМ!у ш Ьггдв апд Ьеев (висЬ аз И !в), Ат. Ясс., 68, 256-267. боиЫ.!. !.. (1982). ТЬе тар вепве оГ рщеоп, Ыа!ию, 296, 205 — 211. 0ои(д /. Г... К(гзс)гчгл)с .!. Г., Ве(уеуез К.Я. (1978). Ввез Ьаче гпадпейс гетапепсе, Яс!сисе, 201, 1026 — 1028.
бгфрт Ь. В. (1982). Есо1о8у оГт!Ягайоп: 1в та8пейс опепсабоп а геи1Иу? О. Веч. Вю1., 57(3), 293 — 295. Гз(лд 6, (!945). Г)!е рЬувгВайвсЬе МофкЫсе!! огнев ИеивсЬеп Опеи!гетпдвяппев аиГ Вайа дег Егдгосайоп, Аг)с. Маг. Аз!гоп. Рув,, 32А(18), 1 — 23. 3етгзол Н.А., (уилл А.Е., Ига()сет М.М. (!982). Ап аи!отайс Геедег Гог Ис!ийз апд чге! ог дгу ю1нЬ, ВеЬач. Кев.
Мейодв 1пв!гит., 24(1), 54-55. голее зз.В., Масуаааел В. А (1982). 1пдисед иш8пе6вайоп гп !Ье июпагсЬ Ьисгегйу, Г)алиса р!ехгрриз (1пвесса, Глр!дорсегаИ К Ехр. Вю1., 96, ! — 9. гилдегтал К !... Возелйши В. (!980). Ма8пейс !пдисйоп Гог !Ье вепяп8 оГ та8пе6с йе!дв Ьу апипа — Ап апа!ув!в, !. ТЬеог. Вю(., 87, 25-32. Ка(тгул А.,!., !974. ТЬе дегес6оп оГ е(ес!пс йе(дв Ггот спалила!е апд апина!е зоигсев о!Ьег йап е!ес!пс ог8апв. !и: НапдЬооИ оГ Яепвогу РЬувю1оду, Чо!. ГЕ!3 (А. Реввагд, гд.), Ярип8ег-Чег!ад„Вег!ш, рр.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
