Poczucie atrakcji

Poczucie atrakcji

Oleg Ovechkin
"Popular Mechanics" №9, 2015

Nie wszystkie organizmy lądowe są ograniczone uczuciami dostępnymi człowiekowi. Niektóre z nich mają dziwne, nadprzyrodzone zdolności – na przykład mogą być zorientowane w przestrzeni zgodnie z ziemskim polem magnetycznym. Przez długi czas mechanizm tego "magnetycznego uczucia" był kontrowersyjny, ale 2015 rok może zakończyć debatę.

Ze szkoły wiemy, jaka siła chroni całe życie na naszej planecie przed śmiertelnym wiatrem słonecznym: jest to ziemskie pole magnetyczne generowane przez ruch ciekłego jądra planetarnego i odbijające niebezpieczne promieniowanie kosmiczne. Na powierzchni Ziemi trudno jest znaleźć miejsce, w którym można by się odizolować od tego pola. A jednak w naszym codziennym życiu rzadko zauważamy jego wpływ.

"My", ale to tylko Homo sapiens. Gatunek, który, jak się powszechnie uważa, ma tylko pięć "tradycyjnych" zmysłów: wzrok, słuch, węch, dotyk i smak. Natura nie ograniczała się do modelu "pięciu zmysłów". Ewolucja stworzyła stworzenia zdolne do postrzegania bardziej kompletnego obrazu rzeczywistości fizycznej niż ludzie, używając nawet tak fantastycznych typów uczuć, jak orientacja w kosmosie wzdłuż ziemskiego pola magnetycznego w swoim arsenale zmysłowym.Zjawisko to – wrażenie pola magnetycznego – nazywa się magnetorecepcją. Ale jakie organizmy i jakie zadania mogą być tak egzotyczne według ludzkich standardów?

Magnetycznie wrażliwe stworzenia

"Zwierzęta takie jak ptaki i motyle rutynowo przekraczały kontynenty na długo zanim człowiek wynalazł samolot." Podobnie jak piloci, zwierzęta te polegają na ważnym narzędziu, kompasie, aby dotrzeć do celu w nocy lub we mgle ", powiedział popularna mechanika Specjalista od neuronauki, profesor Jonathan Pierce-Shimomura z University of Texas w Austin.

Po raz pierwszy naukowcy zauważyli, że ptaki są wrażliwe na pole magnetyczne Ziemi pod koniec XIX wieku. Później miały miejsce dwie wojny światowe, podczas których gołębie pocztowe były aktywnie wykorzystywane do dostarczania ważnych wiadomości. Podczas II wojny światowej alianci przywieźli 16 000 ptaków pocztowych na kontynent europejski. Tylko 1% wiadomości wysłanych z gołębiami zostało zaszyfrowanych – ptaki tak dokładnie odnalazły swoich odbiorców, że dodatkowe środki ostrożności nie były konieczne.

Kiedy militarna chwała gołębi dotarła do społeczności naukowej, naukowcy zastanawiali się, co czyni te ptaki tak zręcznymi nawigatorami?

Następne dziesięciolecia spędziliśmy próbując potwierdzić i wyjaśnić to zjawisko. Jakiego rodzaju umiejętności nie mają gołębi: zdolność "słyszenia" ultra niskich częstotliwości, widzenie światła ultrafioletowego, orientowania się przez gwiazdy i słońce. Jednak nawet tak imponująca lista nie wystarczyła do wyjaśnienia zdolności gołębi i niektórych innych ptaków do orientowania się w przestrzeni i określenia ich położenia w stosunku do warunkowego gniazda.

Dopiero w połowie lat 60. pył został stłumiony przez hipotezę magnetosensitivity, a poglądy tamtych czasów zostały zakwestionowane (w tym czasie wszyscy wierzyli, że ptaki były używane głównie do orientacji gwiazd i Słońca). Początkowo niemiecki naukowiec Hans Fromm zauważył, że ptaki, nawet w odosobnionym pomieszczeniu, w którym Słońce i gwiazdy nie są widoczne, nie straciły zdolności orientowania się. Fromm zasugerował, że przypadek w polu magnetycznym, ale dalsze eksperymenty z umieszczaniem ptaków w sztucznych polach magnetycznych nie przyniosły znaczących rezultatów.

Następnie Wolfgang Viltshko, również z Niemiec, zdecydował się przeprowadzić własny eksperyment w celu sprawdzenia, czy przyczyną tego zjawiska jest wrażliwość ptaków na emisję radiową.Wiltshko użył tej samej stalowej komnaty co Fromm: urządzenie zaprojektowane do symulowania warunków przestrzeni częściowo osłoniętych ziemskim polem magnetycznym. Trzymał ptaki w tym pokoju znacznie dłużej niż Fromm. Trzy dni później, ku swojemu zdziwieniu, naukowiec odkrył, że ptaki z powodzeniem nauczyły się poruszać wzdłuż linii słabego pola magnetycznego, w którym się znaleźli. Był to pierwszy eksperyment, który niezawodnie wykazał magnetorecepcję u zwierząt.

Okazało się, że Fromm trzymał ptaki w zbyt silnym polu magnetycznym, niedostępnym dla ich percepcji. Wiltshko również wykorzystał słabe pola magnetyczne, a wyniki zostały powtórzone. W artykule z 1966 r. Naukowiec podsumował: "Tamy nie są zorientowane, jeśli trzymasz je w bardzo słabym polu magnetycznym, ale jeśli utrzymasz je w takim polu przez więcej niż trzy dni, mogą zmienić orientację, a jeśli następnie zmienisz poziomą składową tego słabego pola magnetycznego, zmieniając magnetyczne na północ, ptaki uwzględnią te zmiany. "

Później, w 1972 roku, pojawił się sam termin "magnetorecepcja". Nowa nisza badawcza przyciągnęła wielu naukowcówdo 2015 r. byli w stanie wykryć ich zdolność do magnetorecepcji w bakteriach (tak zwanych magnetotaktycznych), kurczętach domowych, ssakach, takich jak europejska mysz leśna i czerpak Zambii, a także w niektórych gatunkach nietoperzy, lisów i jeleni.

Brązowa skóra z rodzaju gładkich nietoperzy jest kierowana przez pole magnetyczne Ziemi podczas lotu. Zdolności magnetorecepcji można również znaleźć u innych ssaków, w tym myszy, mole, a nawet jelenia.

Pomimo oczywistego postępu w badaniu magnetorecepcji, naukowcy wciąż nie mogą dojść do porozumienia w odpowiedzi na jedno kluczowe pytanie: jaki jest fizjologiczny mechanizm "zmysłu magnetycznego"? Innymi słowy, dokładnie jakie części ciała i jak są za to odpowiedzialne?

Nawigator w dziobie

"Chociaż jest już jasne, że zwierzęta wykorzystują wrażliwość na ziemskie pole magnetyczne do poruszania się w przestrzeni, mechanizm tej zdolności pozostaje niejasny, czy używają one oczu lub uszu? Pole magnetyczne naszej planety łatwo przechodzi przez ciała zwierząt, więc" czujnik "może być nawet głęboko w mózgu "- powiedział profesor Pierce-Shimomura.

Dwie hipotezy opracowane w wyniku licznych eksperymentów są uważane za podstawowe. Pierwszą z nich jest obecność magnetytów w niektórych częściach ciała (Fe3O4), – tlenki żelaza, najpotężniejsze magnesy spośród wszystkich naturalnych minerałów odkrytych na Ziemi. Zakłada się, że w kontakcie z ziemskim polem magnetycznym minerał ten magnetyzuje się w procesie przekazywania sygnału zrozumiałego dla mózgu zwierzęcia.

Pod koniec XX wieku magnetytów znaleziono w dziobach niektórych ptaków, w tym gołębi. Naukowcy sugerują, że te minerały są odpowiedzialne za pracę "wewnętrznego kompasu". Ale badania na początku XXI wieku, wiele osób zostało zmuszonych do rezygnacji z tego pomysłu. W szczególności w 2005 roku pojawiło się dzieło, w którym wykazano, że magnetyt w dzióbach gołębi nie reaguje na pole magnetyczne Ziemi. W 2012 r. Grupa naukowców z University College London była w stanie wykazać, że same komórki z magnetytami, które wcześniej znajdowały się w dziobach gołębi, są faktycznie makrofagami, niezdolnymi do przekazania sygnału elektrycznego. Odkrycie automatycznie pozbawiło te komórki odpowiedzialności za magnetorecepcję, znacząco szkodząc obrazowi hipotezy "magnetytu".

Druga hipoteza, która zyskała popularność już w 2000 roku, opiera się na badaniach białka światłoczułego kryptochromu umieszczonego w siatkówce oka.Kryptochrom jest zaangażowany w regulację dziennego lub okołodobowego rytmu u zwierząt i roślin. Co więcej, istnieją dwa rodzaje tego białka: pierwszy występuje wyłącznie u bezkręgowców i reguluje codzienne rytmy w sposób zależny od światła; Kryptochrom drugiego rodzaju jest również charakterystyczny dla kręgowców i, co najprawdopodobniej, reguluje dobowe rytmy niezależnie od światła.

Zgodnie z wynikami eksperymentów przeprowadzonych w celu wyjaśnienia roli kryptochromu w mechanizmie magnetorecepcji, oba rodzaje białek mogą być prawdopodobnie zaangażowane w tworzenie "zmysłu magnetycznego". Jednym z najbardziej znanych i ilustracyjnych badań w tej dziedzinie została przeprowadzona w 2008 roku przez grupę z University of Massachusetts. Muchy Drosophila zostały umieszczone w specjalnym oświetlonym labiryncie, w którym nauczył się je karmić w pobliżu źródła pola elektromagnetycznego. Podczas eksperymentu muchy nie mogły znaleźć drogi do koryta po tym, jak naukowcy "wyłączyli" swój kryptochrom, blokując niebieski obszar i ultrafiolet w spektrum światła labiryntu. Gdy "kryptochrom" został "włączony", owady znowu mogły łatwo znaleźć magnes podający.

Wyniki te pozwoliły naukowcom przypuszczać, że kryptochrom wciąż odgrywa pewną rolę w tworzeniu "zmysłu magnetycznego" u zwierząt.Fizjologicznie, specjalne reakcje chemiczne, zwane parami rodników, mogą być odpowiedzialne za spełnianie takiej funkcji: po wystawieniu na działanie światła o określonej długości fali, dwie części jednej cząsteczki (lub tylko blisko rozmieszczone cząsteczki) mogą wywołać reakcję kaskadową, która przekształca się w sygnał dla komórki zawierającej tę cząsteczkę. Z kolei komórka jest w stanie przekazać ten sygnał do mózgu. To właśnie ten mechanizm prawdopodobnie warunkuje udział kryptochromu w procesie magnetorecepcji.

Antena z neuronów

17 czerwca 2015 r. Na stronie internetowej czasopisma eLife Opublikowano artykuł, który tchnął nowe życie w dziedzinę studiowania magnetorecepcji. Po raz pierwszy naukowcom udało się znaleźć neurony wrażliwe na pole magnetyczne Ziemi i udowodnić, że są one odpowiedzialne za działanie "zmysłu magnetycznego" u zwierzęcia – w tym przypadku nicienie w robaku C. elegans.

Gwiazdy ze świata robaków
W przeciwieństwie do wielu glist (nicieni), Caenorhabditis elegans nie pasożytuje, ale żyje "w wolności". C. elegans jest pierwszym organizmem wielokomórkowym, którego genom został całkowicie zsekwencjonowany. Te nicienie mają dwie płcie: mężczyźni i hermafrodyty "> Gwiazdy ze świata robaków
W przeciwieństwie do wielu glist (nicieni), Caenorhabditis elegans nie pasożytuje, ale żyje "w wolności". C. elegans jest pierwszym organizmem wielokomórkowym, którego genom został całkowicie zsekwencjonowany. Te nicienie mają dwie płcie: mężczyźni i hermafrodyty "border = 0> Gwiazdy ze świata robaków
W przeciwieństwie do wielu glist (nicieni), Caenorhabditis elegans Nie pasożytuje, ale żyje "w wolności". C. elegans – jest to pierwszy organizm wielokomórkowy, którego genom został całkowicie zsekwencjonowany. Te nicienie mają dwie płcie: mężczyźni i hermafrodyty

Nasz konsultant, profesor Pierce-Shimomura, jeden z autorów tego badania, opisał, w jaki sposób zespół jego laboratorium naukowego zdołał dokonać tego odkrycia. Nicienie C. elegans Nie było przypadkiem, że zostali wybrani: wcześniej, badając tego typu robaki, znaleźli molekuły odpowiedzialne za zapach i dotyk, które, jak się okazało, są również wykorzystywane przez inne zwierzęta, w tym ludzi.

Pracownicy laboratorium to zauważyli C. elegans kiedy z jakiegoś powodu porusza się magnes na lodówkę. Aby dowiedzieć się, czy to w jakiś sposób odnosi się do magnetorecepcji, naukowcy postanowili sprawdzić, jak robaki poruszyłyby się w warunkach dynamicznych pól magnetycznych. Robaki uruchomiono w specjalnej rurze, wokół której wytwarzano sztucznie generowane pola magnetyczne.Gdy rura była zorientowana zgodnie z biegunami magnetycznymi (na przykład północ-południe, zachód-wschód), nicienie czołgały się losowo wzdłuż rury. W warunkach pionowej orientacji rury robaki zaczęły się czołgać stale w dół.

"Poczucie dna robaków otrzymanych z pola magnetycznego Ziemi, ponieważ kiedy sztucznie zmieniliśmy pole magnetyczne wokół rury, nicienie zaczęły się skradać" – powiedział profesor. Zachowanie się nicienia jest całkowicie zgodne ze sposobem, w jaki te robaki zwykle migrują na półkuli południowej, gdzie pole magnetyczne jest skierowane w górę. Aby określić, w jaki sposób C. elegans czując ziemskie pole magnetyczne, naukowcy zniszczyli zestaw neuronów czuciowych robaka za pomocą specjalnych mutacji. Uszkodzenie jednego zestawu takich neuronów czuciowych, zwanych neuronami AFD, doprowadziło do niezdolności robaków do orientacji magnetycznej i zatrzymania ruchu pionowego.

Naukowcy odkryli następnie, że neurony AFD mogą być aktywowane przez pola magnetyczne. Odpowiednią odpowiedź neuronów uzyskano nawet po zniszczeniu jej połączeń synaptycznych. Dowodzi to, że neurony AFD są wrażliwe magnetycznie.

"Neurony AFD na ich końcach mają imponującą strukturę podobną do anteny,który może funkcjonować jak kompas nanoskali i zginać zgodnie z polem magnetycznym Ziemi "- wyjaśnił profesor.

Według naukowca dalsze badania cząsteczek, które zapewniają magnetosensitivity C. elegans, może prowadzić do odkrycia podobnych ukrytych cząsteczek u innych zwierząt, na przykład ptaków i motyli.

Tak więc doskonałe odkrycie nie tylko pogłębiło nasze rozumienie zjawiska magnetorecepcji u zwierząt, ale także, być może, przybliżyło nas do pełnego opisu fizjologicznego mechanizmu tej zadziwiającej zdolności.


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: