Читаю Эда Йонга “An Immense World” про то, как животные ощущают мир. Это кажется уже пятый или шестой пост на тему. Сейчас очень интересное в главе про магниторецепцию. Скучное остается за кадром, я делюсь с вами только самыми крышесносящими открытиями на тему. Не всегда “последних лет”, но биологию мы в школе проходили как-то не очень.
В общем, все знают про голубей, которые умудряются прилетать куда надо из любой точки. Интересно, что по состоянию на сегодня, никто однозначно не понимает физику и биологию этого явления. Есть три теории, о них — в конце.
Оказалось, что вообще-то ориентироваться по магнитным полям земли могут очень многие животные, не только птицы. И даже у человека есть клетки, потенциально сообщающие в мозг что надо, но эволюция с нашими скоростями и проходимыми расстояниями посчитала, что это не нужно. А вот киты, черепахи, всякая летающая мелочь, даже мыши и лисицы вполне демонстрируют.
Вспомним, что лишь в 2014 году одна из Игнобелевских премий ушла чешским исследователям, которые продемонстрировали, что при собаки предпочитают какать поворачиваясь по линиям геомагнитного поля, с севера на юг. Мои наблюдения это не подтверждают, поэтому у меня нет премии, а у них — есть.
На птицах же проверять было проще всего, потому что они небольшие и явление там легко воспроизводится. Оказалось, что у птиц есть предсказуемый момент, имеющий немецкое название Zugunruhe, “миграционное беспокойство”. При приближении часа икс они начинают сходить с ума и лететь куда они там должны лететь. Это не сигнал с небес, конечно, но что-то типа. И в такие моменты появляются ученые и давай обкладывать птиц магнитными катушками (Hermholtz coils) и считать в каком направлении лапки оставили больше следов (Merkel & Wiltschko).
А вот с китами так не получается. Но зато киты оставляют понятные знаки — трупы на берегу. По английски это называется “to beach themselves”. Так вот выяснилось по итогам 33 лет наблюдений (Granger/Walkowicz), что эти самоубийства происходят в моменты максимумов солнечных штормов. Хоть и это не доказывает, что у китов есть компас, но здесь присутствует ощущение, в котором силы, пороженные планетарным слоем расплавленного металла, сталкиваются с силами, развязанными бурным звезным светилом, вместе воздействуя на разум скитающихся животных, и определяя, найдут они свой путь или потеряют его навсегда.
Еще оказалось интересным про черепашек. Известно, что морские черепахи вылазят на берег откладывать яйца, так, достаточно далеко от воды, но чтобы у новорожденных все-таки был шанс добежать. И эти малыши, родившись, быстро понимают, в какую сторону бежать. А бегут они не просто к воде — ну, хотя бы потому, что они ее тупо не видят поначалу. Кстати, бег этот довольно опасен, так как о нем хорошо знают хищники (место-то одно и то же) и по оценкам выживает одна черепашка из 10000. Конкретно флоридские бегут в сторону Североатлантического кольцевого течения — образование в океане в несколько миллионов квадратных километров, закручивающееся по часовой стрелке. На этой планетарного масштаба карусели они катаются 5-10 лет и вырастают до взрослых особей. И угадайте где они откладывают свои яйца? в этом же месте! То есть, они после 5-10 лет скитаний в необъятном океане норм так понимают где у них место, в котором по крайней мере один раз удалось выжить.
Так вот, что выяснилось (Lohmann, 1991) — у черепашек есть не только компас. Сам по себе компас бы показывал относительное направление, а для того, что выше описано, нужен полноценный GPS. Так вот, у них он есть. Исследования показали, что у них в мозгу ощущается два параметра магнитного поля — наклон магнитных линий и интенсивность. В целом, этих двух параметров плюс-минус достаточно для того, чтобы понять “где я”. Например, на полюсах наклон 90 градусов, а на экваторе – ноль. Интенсивность в целом выше у полюсов, ниже на экваторе, но там еще влияют всякие аномалии в земной коре. В итоге, черепашки разобрались, как этим пользоваться, и опыт показал, что даже из совершенно нового места они правильно определяют куда ползти, а потом куда плыть.
При этом за последние 83 миллиона лет, геомагнитное поле земли менялось местами 183 раза. Но генетические программы, видимо, под такое приспособлены.
Поскольку карты земли у них в голове нет, а есть только правила, куда плыть при каких комбинациях наклона и интенсивности, а также из-за того, что магнитное поле очень-очень слабое, черепашкам приходится довольно долго плыть не совсем туда, чтобы понять, как корректировать курс. Но в итоге они попадают куда надо.
Как работают эти органы чувств до конца не понятно. Есть три теории. Они не противоречат друг другу и скорее всего все три имеют место.
Согласно первой, чувствительность к магнитному полю может обеспечивать магнетит (Fe3O4) — это ферромагнетик, то есть вещество, в котором магнитные моменты атомов упорядочены и в отсутствие заметного магнитного поля. Их направление зависит от полярности такого поля (если оно имеется). В 1970 нашли бактерии, которые содержали кристаллы магнетита. Я не знаю, зачем бактериям юг, но вот это точно доказано. Ну вот если такие иглы магнетита объединить с сенсорными клетками, получится биологический компас. Но пока такие не обнаружили. Магнетит в заметных количествах есть в мозжечке и в стволе мозга, но это не рецепторы, и находятся они глубоко в толще тканей — в то время как магниточувствительные структуры логично было бы вынести ближе к поверхности, дабы повысить число доступных для их восприятия сигналов. У обычных домашних кур есть отложения железных минералов в дендритах верхней части клюва, благодаря чему они являются способными к магниторецепции.
Согласно второй, здесь виновата электромагнитная индукция. Это ближе к электрорецепции у акул и скатов — я писал об этом два дня назад, посмотрите, интересно. По сути, это про генерацию индуцированных электрических сигналов в движущихся в магнитном поле организмах, сигналов, которые потенциально могут считываться клетками. Но эта вторая теория не работает нигде, кроме воды — индуцированные электрические поля слишком слабы для обнаружения из-за меньшей проводимости воздуха по сравнению с водой.
Третья теория самая сложная, но судя по всему, основная. Тут вовлекается квантовая физика (пропускайте, если страшно). Тут в ходе предположение, что геомагнитное поле может влиять на биохимические реакции внутри рецепторной клетки сетчатки, аналогичные тем, которые приводят к обнаружению света зрительными пигментами. За детекцию отвечают клетки криптохромы. (У них кстати, интересное название — эти чувствительные к синему свету белки имеют префикс “крипто” от криптогамных организмов — папоротников, на которых проводилось множество исследований синего света, а вот криптогамные организмы — по-русски Тайнобрачные — названы так потому что Карл Линней не нашел у них цветка — полового органа, и название тогда закрепилось). Так вот, теория заключается в том, что криптохромы, воздействуя под влиянием света, могут формировать пары радикалов — молекул с неспаренными электронами. Эти неспаренные электроны чувствительны к магнитным полям, что позволяет криптохромам выступать в роли магнитных рецепторов. Изменения в магнитном поле могут влиять на химические реакции внутри этих пар радикалов, что, в свою очередь, может запускать сигнальные пути в клетках, информируя организм о направлении магнитного поля Земли. Также исследование показало, что у птичек возбуждается зрительная кора при включении этого “GPS”. Судя по всему, они условно “видят” магнитное поле наложенное на то, что они видят в видимом диапазоне – RGB+ультрафиолет. Конечно, посмотреть через их глаза и мозг никогда не получится, но вот по косвенным признакам это так.
Being in America 