Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Под ред. Дж. Киршвинка. Том 2 (1989) (1095848), страница 78

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

Текст из файла (страница 78)

Поскольку слой окнсного железа имеется под поверхностью большинства костей тела, кажется маловероятным, что его основная функция имеет отношение к магннторецепцни. Его наличие здесь можно объяснить тем, что кости служат местом хранения илн же используются как место «свалки» для окисного железа. Возможно, эти отложения используются в процессе роста и восстановления костной ткани.

Интересно то, что заживление переломов, по-видимому, ускоряется при наложении электромагнитных полей (Вазвец ег а1., 1974); может быть, железо оказывает влияние на ориентацию новых костных волокон и тем самым на организацию н эффективность репаративных процессов. Аналогично этому если небольшие скопления окисного желе-. за встречаются в костном мозге большинства костей, то опять-таки кажется вероятным, что их главная функция связана не с детекцией магнитного поля, а с чем-то иным, например с образованием эритроцитов. В костном мозге несомненно содержится ферритин — вещество, в виде которого запасается железо (Оган)ск, 1946). Однако, даже если функция этих отложении окнсного железа в скелетной ткани в основном не имеет отношения к магннторецепции, не исключено, что железосодержащий материал в определенной области тела может участвовать и в детектировании магнитного поля.

Возвращаясь к результатам магннтометрнческого исследования головы у грызунов, можно представить себе, что у отложений железа в костях обонятельной области магнитные характеристики несколько иные, чем в других местах; что часть железосодержащего материала преобразована здесь в форму, более пригодную для магниторецепции. Особенно подходящим для этой цели мог бы быль магнетнт в форме суперпарамагнигных нлн однодоменных кристаллов (К~гзспч(пк, Оои!д, 1981). Если кости носовой области специализированы для детектирования' магнитного поля, то, вероятно, лишь небольшая часть всего железа должна превратиться в магнетит, для того чтобы сформировался маг-' ниторецептор, а также для того, чтобы можно было объяснить уровень остаточной намагниченности, обнаруженный в голове грызунов.

Было, например, рассчитано, что для обеспечения животного точным магнит- 332 Ч. 1К Магнитореценцин и магнитные минералы ным компасом хватило бы нескольких сотен однодоменных кристаллов магнетита (Ъ'огке, 1979). Показано также, что, хотя в брюшке медоносной пчелы имеется значительное количество гидроксида железа, окрашивающегося в голубой цвет (он при комнатной температуре парамагнитен и потому не вносит вклада в остаточную намагниченность), всего лишь 0,33'/а этого количества, будучи восстановлено до магнетита, может обеспечить обнаруженный у этого насекомого магнитный момент (КпгегЬасЬ ег а1., 1982). Таким образом, возможно, в скелетной ткани грызунов железосодержащий материал в основном представлен гидроксидами железа, такими, как ферритин, но в обонятельной области часть железа может быть восстановлена с образованием однодоменного магнетита; зто позволило бы объяснить результаты магнитометрии (табл. 25.1), а также изучения спектра коэрцитивности (рис.

25.9). В исследовании, проводимом в настоящее время совместно с Йоргеном М. Иоргенсеном (Дания), для изучения ультраструктуры железосодержащего материала в голове грызунов использовали просвечиваюшую электронную микроскопию. При помоши стеклянных инструментов препарировали голову у двух взрослых самцов лесной мыши, а затем вычленяли области раковины решетчатой кости, назотурбинальную и заднечерепную области. Образцы ткани фиксировали и заливали обычным образом, срезы толшиной 2 мкм контрастировали уранилацетатом и цитратом свинца.

На микрофотографиях (рис. 25.11) видно, что в раковинах решетчатой кости имеются скопления электроноплотных кристаллоподобных частиц, расположенных, по-видимому, между костью и костным мозгом. Размер отдельных частиц в каждой группе варьирует в пределах от 4 х 2 мкм (что сравнимо с размерами частиц гидроксцда железа) до 100 нм, т.е. в диапазоне размеров однодоменных кристаллов магнетита. Эти частицы находятся вблизи от нервной ткани, хотя механизм связи между частицами и нервными волокнами пока неясен (возможно, его удастся установить методом реконструкции по серийным срезам). Срезы того же материала, который был использован для просвечивающей электронной микроскопии, были окрашены на железо при помощи реакции Перла.

Положительное окрашивание обнаружено в таких же скоплениях, как и при просвечивающей электронной микроскопии, что указывает на присутствие железа в описанных выше кристаллоподобных частицах. По предварительным данным такие частицы, по-видимому, не встречаются в назотурбинальных и заднечерепных костях. Если магниторецепторный механизм у позвоночных связан с магнетитом и требует фиксации частиц магнетит.а, то нахождение железосодержащего материала внутри костного матрикса кажется вполне оправданным.

Поскольку косп пронизана кровеносными и лимфатическими сосудами, место отложения магнетита доступно для транспортных жидкостей, так что может происходить непрерывный обмен различных форм железа — от предшественника магнетита (ферритина?) 25. Магнигнорегуепцил у грызунов Рис, 25.11. Просвечивающая электронная микрофотография частиц окисного железа в раковинах решетчатой кости лесной мыши (взрослого самца).

А. Малое увеличение; видна группа злектроноплотных кристаллоподобных частиц, расположенных вдоль границы кость-костный мозг. Частицы находятся вблизи нервных волокон и положительно окрашиваются при реакции Перла. Б. Отдельная кристаллоподобная частичка окисного железа при большом увеличении. Срезы окрашены уранилацетатом и цнтратом свинца.

334 Ч. 1К Магнитореиенция и магнитные минералы до стабильного магнетита. Это обеспечило бы периодическое обновление частиц, составляющих магнитный компас, что может быть необходимым, если размеры кристаллов, а также структура цепочек или кластеров, образуемых частицами, меняются со временем, влияя таким образом на компасный механизм. Высокий уровень остаточной намагниченности в нереднедорсальной области головы у грызунов может иметь и иное объяснение.

Если весь лежащий под поверхностью кости слой является слабо магнитным, то можно предположить, что большая концентрация железосодержащего материала здесь связана с большой поверхностью костей в носовой области,-это и повышает намагниченность до уровня, выявляемого магнитометром. Кроме того, не исключено, что все выявленные до сих пор отложения железа являются парамагнитными и вообще не имеют отношения ни к 1йМ, ни к магниторецепции; в этом случае источник, ответственный за намагниченность, а также расположение органа магнитного чувства еще только предстоит установить. Еще один вопрос, о котором стоит упомянуть, связан с тем, что челюстные кости у грызунов содержат довольно плотные отложения железа, находящиеся в корнях зубов; однако уровень остаточной намагниченности челюстей оказался низким, поэтому можно думать, что эти отложения состоят из относительно немагннтного материала.

Таким материалом тоже мог бы быть ферритин: известно, что он имеется в зубах грызунов, например в клетках, связанных с ростом эмали (Ве11Ь, 1961). Поскольку отложения окисного железа, такие, как магнетит (КлгзсЬи)пк, 1983) и ферритин (Оган(ск, 1946), широко распространены в тканях, вполне возможно, что они играют разностороннюю роль в биологических системах и частично ответственны за влияние магнитных полей на многие аспекты физиологии животных. 4.3. Нейрофизиологические исследования Наличие магнетита в организме грызунов еще не доказывает, что он используется для детектирования магнитных полей; очевидно, что магниторецептор должен иметь надлежащие связи с центральной нервной системой. Поэтому наряду с разносторонними исследованиями, направленными на поиски магнитного материала, проводились также работы с целью идентифицировать внутри ЦНС какую-либо структуру, которая могла бы быть частью магнитосенсорной системы.

Нейрофизиологнческое исследование, проведенное на морских свинках (Сао!а рогсе!!ил)„показало, что электрическая активность отдельных клеток в задней части эпифиза подвержена влиянию магнитных полей, близких к геомагнитному (Яеппв ег а1., 1980). При помощи катушек Гельмгольца, расположенных под челюстью и над головой, генерировали искусственное магнитное поле, полярность которого можно было менять таким образом, чтобы усиливать, компенсировать или ослаблять 25. Магнитореценция у грызунов 335 вертикальную составляющую локального магнитного поля. При инверсии вертикальной составляющей магнитное наклонение изменялось в пределах от + 63 до — 63', причем общая величина и направление поля оставались теми же.

Регистрировалась активность 71 клетки у 16 животных-самцов. При воздействии магнитного стимула + 0,5 Э длительностью 17 мин импульсация 15 клеток у 11 животных значительно ослабевала. Изменение становилось заметным примерно через 2 мин после начала воздействия магнитного поля. После прекращения воздействия импульсная активность этих нейронов сохранялась на том же низком уровне, и второй (более короткий) стимул был неэффективен, даже если сила поля менялась.

При инверсии магнитного поля ( — 0,5 Э) у трех из 15 реагировавших клеток наблюдалось восстановление исходной частоты импульсации, причем у двух из них исходный уровень был достигнут через 8 и 12 мин. После выключения инвертированного поля частота импульсации не менялась; она снова снижалась после приложения слабого магнитного стимула 0,1 Э, что говорит об относительно высокой чувствительности этих клеток. В описанных экспериментах клетки эпифиза реагировали на быстрое изменение вертикальной составляющей магнитного поля; в более поздней работе сообщалось о реакции на постепенное изменение окружающего поля (Яеппп ез а1., 1982). Электрическая активность клеток эпифиза у голубей также изменялась под влиянием полей, близких к геомагнитному (беппп е1 а1., 1982), но латентный период реакции в этом случае измерялся миллисекуцдами, т.е.

был намного короче, чем у морской свинки. Остается пока неясным, на что именно реагируют клетки — на изменение наклонения или величины магнитного поля; неизвестно также, сами ли клетки эпифиза воспринимают изменения поля или же их реакция чем-то опосредована. Авторы работы полагают, что описанный эффект вполне может быть непрямым, особенно в виду того, что эпифиз обильно иннервирован симпатическими волокнами из верхних шейных ганглиев, а симпатическая нервная система может реагировать на магнитные стимулы.

Кроме того, отсутствие сколько-нибудь заметных количеств железа в эпифизе снижает вероятность того, что в нем имеется магнетит, необходимый для детектирования магнитных стимулов. Авторы этих исследований высказали предположение, что эпифиз может быть частью магнитного компаса; по их мнению, эпифиз-это чувствительный к свету хронометрический орган (хронометраж требуется для ориентации по солнцу), и эта часть мозга является, по-видимому, идеальным местом для интеграции магнитного компаса с солнечным, учитывающим время.

До сих пор остается неясным, участвуют ли другие отделы центральной нервной системы в восприятии и (или) передаче магнитной информапии. Была исследована импульсная активность нейронов в верхних буграх четверохолмия, эпиталамусе и мозолистом теле, однако реакций на магнитные стимулы выявить не удалось (Яеппп е1 а1., 1980). Биохимическое исследование влияния магнитных полей на секретор- 336 Ч.

Характеристики

Список файлов книги