Magnetovastaanotto

Magnetoreseptio (termin käyttö on tunnettu vuodesta 1972 [1] , eng.  magnetoreception , myös magnetoseptio ) on aisti, joka antaa keholle kyvyn tuntea magneettikenttä , jonka avulla voit määrittää liikkeen suunnan, korkeuden tai sijainti maassa. Tätä aistia pidetään selityksenä selkärangattomien ja hyönteisten bionavigaatioilmiölle sekä keinona kehittää eläinten alueellisiin ekosysteemeihin suuntautumista. Magnetoreseptiota käytettäessä navigointivälineenä ja -menetelmänä keho käsittelee Maan magneettikentän ja sen suunnan havaitsemista.

Magnetoreseptiota on havaittu bakteereissa , selkärangattomissa, kuten hedelmäkärpäsissä , hummereissa ja mehiläisissä . Tämä tunne esiintyy myös joillakin selkärankaisilla, erityisesti linnuilla , kilpikonnilla , hailla ja joillakin rauskuilla . Väite magnetoreseption esiintymisestä ihmisissä on kiistanalainen.

Ilmiölle ehdotettuja selityksiä

Yksiselitteinen osoitus elävien organismien magneettikenttien käytöstä avaruudessa suuntautumiseen on ilmestynyt tietyssä bakteeriluokassa, joka tunnetaan nimellä magnetotaktiset bakteerit. Näillä mikro-organismeilla on käyttäytymisilmiö , joka tunnetaan nimellä magnetotaksis , jossa bakteeri orientoituu ja korjaa suuntaa pitkin maan magneettikenttälinjoja. Tällaisissa bakteereissa on magnetosomeja  - magnetiitti- tai rautasulfidihiukkasia, jotka sijaitsevat bakteerisolujen sisällä [2] . Jokainen yksittäinen bakteerisolu toimii itse asiassa kuin magneettinen dipoli . Ne yhdistetään ketjuiksi, joissa kunkin magnetosomin dipolimomentti on kohdistettu rinnakkain kaikkien muiden kanssa, mikä tarjoaa tällaiselle bakteerille pysyviä magneettisia ominaisuuksia. Nämä ketjut muodostuvat symmetrisesti, mikä mahdollistaa solujen kiderakenteen säilyttämisen [3] . Uskotaan, että tällaisilla bakteereilla on pysyvä magneettiherkkyys.

Magnetoreseption vaikutusmekanismi eläimillä on edelleen epäselvä, mutta on olemassa kaksi päähypoteesia, jotka voivat selittää tämän ilmiön [4] . Yhden mallin mukaan, jos kryptokromit altistetaan siniselle spektrivalolle, ne aktivoituvat ja muodostavat kahden radikaalin parin (molekyylit, joissa on yksi pariton elektroni), ja näiden kahden parittoman elektronin spinit korreloivat keskenään [5] . Ympäröivä magneettikenttä vaikuttaa tämän korrelaation ilmenemiseen (rinnakkais tai antirinnakkais), ja tämä puolestaan ​​vaikuttaa siihen, kuinka kauan kryptokromit pysyvät aktivoidussa tilassaan. Kryptokromien aktivoituminen voi johtaa verkkokalvon hermosolujen herkkyyden muutokseen ja sen seurauksena lintu voi "nähdä" magneettikentän [6] . Maan magneettikenttä on vain 50 μT (0,5 gauss ), ja siksi on hyvin vaikea ymmärtää, kuinka se voi aiheuttaa kemiallisia muutoksia, paitsi sellaisia, joissa se vaikuttaa radikaaliparien välisiin heikkoihin magneettikenttiin [7] . Tästä syystä kryptokromeja pidetään ratkaisevina hedelmäkärpäsen Drosophila melanogasterin valoriippuvaisen kyvyn kannalta havaita magneettikenttiä [8] .

Toinen ehdotettu magnetovastaanottomekanismin malli perustuu Fe 3 O 4 :ään , joka tunnetaan myös rauta(II, III)oksidina tai magnetiitina, joka on luonnonoksidi, jolla on vahva magnetismi [5] . Rauta(II, III)oksidi pysyy pysyvästi magnetoituna, jos sen pituus on suurempi kuin 50 nm , ja se magnetoituu, kun se on alle 50 nm:n pituisen magneettikentän vaikutuksen alaisena [9] . Molemmissa näissä tapauksissa Maan magneettikenttä fyysisen vaikutuksen seurauksena tähän magneettisille värähtelyille herkkään oksidiin aiheuttaa signaalien muodostumisen, jotka keho voi havaita.

Toinen, vähemmän yleinen mekanismi magneettikenttien havaitsemiseksi eläimissä, joka on kuvattu yksityiskohtaisesti, on induktiiviset tekniikat (sense), joita käyttävät hait, rauskut ja kimeerit ( rustokalat ). Näillä lajeilla on ainutlaatuiset sähköreseptoriaistielimet, jotka tunnetaan Lorenzinin ampullaina ja jotka voivat havaita pienimmätkin vaihtelut sähköpotentiaalissa. Nämä elimet muodostuvat limalla täytetyistä kanavista, jotka johtavat ihohuokosista eläimen lihassa oleviin pieniin pusseihin, jotka ovat myös täynnä limaa. Lorenzinin ampullat pystyvät havaitsemaan tasavirtoja , ja siksi on ehdotettu, että eläimet käyttävät näitä aistielimiä tunnistaakseen saaliseläinten ja petoeläinten heikkoja sähkökenttiä. On myös mahdollista, että nämä elimet pystyvät tuntemaan magneettikenttiä Faradayn lain mukaan : jos sähköjohdin liikkuu magneettikentässä, syntyy sähköstaattinen potentiaali . Tässä tapauksessa johdin on eläin, joka liikkuu magneettikentässä, ja muodostuva potentiaali riippuu johtimen läpi kulkevan sähkövirran nopeuden aikavaihteluista kaavan mukaan . Nämä elimet pystyvät havaitsemaan hyvin pieniä vaihteluita potentiaalieroissa huokosten ja elektroreseptoripussin pohjan välillä. Potentiaalin lisääntyminen aiheuttaa hermoston aktiivisuuden heikkenemisen ja vastaavasti potentiaalin väheneminen lisää hermostoa. Tämä tilanne on samanlainen kuin ilmiöt, jotka tapahtuvat sähköjohtimessa, jonka läpi virta kulkee: kanavan jatkuvalla sähkövastuksella potentiaalin kasvu johtaa havaitun virran vähenemiseen ja päinvastoin. Nämä reseptorit sijaitsevat haiden ja rauskujen suun ja nenän varrella.

Selkärangattomissa

Äyriäiset

Nilviäinen Tochuina tetraquetra (aiemmin nimellä Tritonia diomedea tai Tritonia gigantea ) on ollut tutkimuksen kohteena, jonka tarkoituksena on tunnistaa piirteitä, jotka voisivat selittää hermosolumekanismin, joka on tämän lajin organismien magnetoreseption perusta. Jotkut varhaisimmista Tochuina- lajeista tehdyistä töistä osoittivat, että ennen täysikuun tuloa tochuina- yksilöt osoittivat ruumiinsa spontaanisti geomagneettisen koillissuuntaan [10] . Tutkimustarkoituksiin luotiin Y-muotoinen labyrintti, jonka magneettikentässä oikea suunta vastasi geomagneettista etelää ja vasen suunta vastasi geomagneettista itää. Tässä magneettikentässä 80 % sokkelossa olevista Tochuina -ihmisistä kääntyi haarassa vasemmalle, eli geomagneettisen itään suuntaan. Magneettikentän kääntämisen jälkeen, jossa magneettinen pohjoinen osoittautui 180° lähtöpisteestä, nilviäiset eivät kuitenkaan selvästi suosineet mitään käytettävissä olevista suunnasta, joka nyt vastasi magneettista pohjoista (oikea) ja magneettista itää ( vasemmalle). Vaikka nämä tulokset olivat varsin mielenkiintoisia, ne eivät vakuuta, että Tochuina- nilviäiset käyttävät magneettikenttiä magnetoreseption kautta. Näiden kokeiden aikana Rubens-käämin aktivointia ei voitu hallita käytettäessä magneettikentän kääntämistä. Siksi on mahdollista, että käämin synnyttämä lämpö tai melu oli vastuussa siitä, että simpukat eivät valinneet mitään tiettyä suuntaa, joka muuten olisi heille ensisijainen. Jatkotyössä Tochuina- henkilöiden kanssa ei onnistuttu tunnistamaan neuroneja, joiden suorituskyky olisi muuttunut nopeasti magneettikentille altistumisen seurauksena [11] [12] . Kuitenkin nilviäisen Tochuinan ganglion sisällä olevat varren neuronit (Pd5) osoittivat asteittaista muutosta näiden hermosolujen laukaisutiheydessä siitä, mikä alkaa tapahtua 30 minuutin magneettisen stimulaation jälkeen Rubens-käämin vaikutuksesta. Lisätutkimukset havaitsivat, että Pd7-kantaganglionissa sijaitsevat neuronit osoittivat eston merkkejä, mikä johtui 30 minuutin altistumisesta Rubens-kelan synnyttämälle magneettikentälle. Tällä hetkellä (vuodesta 2014) Pd5- ja Pd7-neuronien toiminta on edelleen epäselvää.

Diptera

Drosophila fruitis on toinen selkärangaton, jolla voi olla kyky navigoida magneettikenttien avulla. Kokeelliset tutkimusmenetelmät, kuten yksittäisten geenien poistaminen, ovat mahdollistaneet näiden hedelmäkärpästen magnetoreseption todennäköisyyden paremman tutkimisen. Erilaisia ​​hedelmäkärpäsiä on koulutettu reagoimaan magneettikenttiin. Ensisijaisen testin aikana hyönteiset sijoitettiin erityiseen rakenteeseen, jossa oli kaksi hihaa, jotka oli kääritty sähköjohdolla. Virta kulki jokaisen näiden "käämien" läpi, mutta vain yksi niistä viritettiin luomaan 5 gaussin magneettikenttä . Tämän T-muotoisen rakenteen kärpäsiä testattiin niiden luontaisen kyvyn tunnistaa magneettikentän esiintyminen yhdessä hihoista sekä kuinka ne reagoivat koulutukseen, jonka tarkoituksena oli opettaa heidät tunnistamaan magneettikenttiä, jotka onnistuneesti suoritettuaan tehtävän, se päättyi palkkioon sakkaroosin muodossa . Monet näistä kärpäslajeista ovat osoittaneet herkkyyttä magneettikentälle harjoittelun jälkeen. Kuitenkin sen jälkeen, kun yksi kryptokromi on poistettu Cry1 - geenistämissense -mutaatiolla tai Cry -geenin korvaaminen, kärpäset menettävät herkkyytensä magneettikentille. Lisäksi, jos tulovalo suodatetaan sallimaan vain valon aallonpituudet, jotka ovat suurempia kuin 420 nm, Drosophila menettää myös kykynsä tunnistaa magneettikenttiä. Tällainen vaste valaistuksen suodatukseen liittyy todennäköisesti kärpäsen kryptokromin toimintavalospektriin, joka vaihtelee välillä 350 nm - 400 nm, ja tasangoihin 430 - 450 nm [13] . Tutkijat ajattelivat aiemmin, että kryptokromin tryptofaanikolmio on vastuussa vapaiden radikaalien läsnäolosta, joihin magneettikentät voivat vaikuttaa, mutta viimeaikaiset hedelmäkärpäskokeet ovat osoittaneet, että tryptofaanilla ei ehkä ole mitään tekemistä kryptokromiin liittyvän magnetoreseption kanssa. Tryptofaaniproteiinin muuttaminen tai korvaaminen ei johda magnetosensitiivisyyden menettämiseen kärpäsissä, joilla on Cry1 -tyyppinen kryptokromi tai kryptokromi, jota löytyy myös selkärankaisista, Cry2 [14] . Siten on edelleen epäselvää, kuinka kryptokromit mahdollistavat magnetoreseption. Näissä kokeissa käytettiin 5 gaussin magneettikenttää - 10 kertaa voimakkaampaa kuin maan magneettikenttä . Drosophila ei ole osoittanut kykyä vastata paljon heikompaan maanpäälliseen magneettikenttään.

Linnut

Kotikyyhkyset

Kotikyyhkyt , joilla on kehittynyt kotivaisto , ovat olleet pitkään tunnettuja kyvystään käyttää magneettikenttiä osana kehittynyttä navigointijärjestelmää [ 15] . William Keatonin tutkimus osoitti, että kotikyyhkyt - jos niiden päivittäistä rutiinia muutetaan keinotekoisesti ja äkillisesti (siirretään ajassa) - osoittavat kyvyttömyyttä navigoida oikein avaruudessa aurinkoisella, pilvettömällä säällä. Syynä tähän katsottiin se, että tavallisesti auringon suuntaamat kyyhkyset korjaavat asteittain avaruudellista suuntautumistaan ​​päivän aikana auringon sijainnin muuttuessa taivaalla, kun taas aamumatkan pakollisen viivytyksen jälkeen kadulla, kyyhkyset eivät pystyneet suorittamaan tällaista korjausta. Kuitenkin, jos kyyhkyset päästettiin ulos huomattavalla viiveellä, mutta pilvisellä, pilvisellä säällä, niiden navigointi toimi moitteettomasti. Tämä johti hypoteesin syntymiseen, että tietyissä olosuhteissa kyyhkysten avaruudellinen suuntautuminen "vaihtuu" magneettikenttien havaintoon. Lisäkokeet kyyhkysten selkään kiinnitetyillä magneeteilla ovat osoittaneet, että linnun kyvyn aistia Maan magneettikentässä häiriintyminen johtaa hämärtymiseen pilvisellä säällä [16] . Kyyhkysten magnetoreseptioon osallistuu kaksi mekanismia: vapaiden radikaalien pariin perustuva mekanismi , joka ilmenee linnun näkemyksenä ("näkyvä magneettikenttä") ja magnetiitteihin perustuva suunta- tai deklinaatiomagneettisen kompassin mekanismi. [17] . Uusimmat tutkimukset ovat osoittaneet, että kyyhkyset pystyvät havaitsemaan magneettisia poikkeavuuksia 186 µT (1,86 gauss ) asti [18] .

Valikoiduissa kokeissa lintuja koulutettiin hyppäämään lavalle tunnelin toisessa päässä, jos magneettikenttää ei ollut, tai toisessa päässä olevalle alustalle, jos magneettikenttä oli läsnä. Tässä testissä linnut palkittiin ruoalla ja rangaistiin ruoan viivästymisellä. Kyyhkyset osoittivat kykyä tehdä oikea valinta 55-65 % ajasta, mikä on enemmän kuin olisi odotettavissa, jos kyyhkyset vain arvaisivat eivätkä valinneet. Kyyhkysten kyky havaita magneettikenttiä voi heikentyä , jos nenän limakalvolle laitetaan lidokaiinia  , anestesiaa. Lisäksi kyyhkysen kolmoishermon halkeaminen johtaa magneettikenttien havaitsemiskyvyn menettämiseen, kun taas hajuhermon halkeaminen ei. Nämä tutkimukset viittaavat siihen, että kyyhkynen nokassa sijaitseva magnetiitti saattaa olla vastuussa magnetoreseptiosta epäsuorasti kolmoishermon kautta. Ei kuitenkaan ollut näyttöä siitä, että kyyhkysten nokkiin sijoitettu magnetiitti voisi jotenkin reagoida niin heikkoon magneettikenttään kuin maan [19] . Siksi kyyhkysten magneettisesta herkkyydestä vastaavaa reseptoria ei ole lopullisesti määritetty.

Kyyhkysten magneettikentän sensorisen reseptorin lisäksi tutkittiin myös hermosoluja , jotka oletettavasti osallistuvat aivojen magneettikenttiä koskevan tiedon käsittelyyn. Aivojen alueita, jotka osoittivat aktiivisuuden lisääntymistä vasteena 50 tai 150 µT:n magneettikentille, ovat posterioriset vestibulaariset hermoytimet, talamus , hippokampus ja visuaalinen hyperpallium [ 20 ] . 

Kuten edellä todettiin, kyyhkyset antoivat ihmisille ensimmäisen käsityksen, että eläimillä on magnetoresepti, jota voidaan käyttää navigointiin. Siksi ne olivat tärkeimpiä tutkimuskohteita, joiden tarkoituksena oli tutkia ja ymmärtää magnetoreseption mekanismeja. Kyyhkysten magnetoreseption tarkkaa mekanismia ei kuitenkaan ole selvitetty, joten on edelleen epäselvää, luottavatko kyyhkyt pelkästään reseptoriin (epäsuorasti kryptokromin kautta) vai lintujen nokista löytyvään magnetiittiin.

Kotikanat

Kotikanojen ylänokan dendriiteissä on rautamineraaleja, mikä tekee niistä kykeneviä magnetoreseptoimaan [21] [22] . Vaikka kanat saavat suuntatietoa Maan magneettikentästä navigoidakseen suhteellisen pienillä alueilla, niiden nokan leikkaaminen heikentää niiden kykyä navigoida suljetuissa haaroittuneissa järjestelmissä tai päästä rakennuksiin ja sieltä pois vapaan kantaman avoimissa järjestelmissä [23] .

Muut linnut

Viimeaikaiset tutkimukset osoittavat magnetoreseption esiintymisen joissakin laululintuissa, kuten robineissa, bobolinkeissa ja valkoisissa silmissä. On olemassa hypoteesi, että magnetoreseptorijärjestelmää edustaa kaksi mekanismia, jotka sijaitsevat verkkokalvossa ja ylänokassa [24] .

Nisäkkäillä

Hiirillä , myyrärotilla ja lepakoilla tehdyissä tutkimuksissa on havaittu, että joillakin nisäkkäillä on myös kyky vastaanottaa magnetoreseptio. Jos metsähiiriä siirretään jonnekin niiden elinympäristön ja viereisten alueiden ulkopuolelle ja samalla riistetään kaikki visuaaliset ja hajuiset maamerkit, ne löytävät silti tiensä kotiinsa (näissä kokeissa häkkiin, jossa he asuivat) - kunnes heidän häkkinsä käyttää käänteistä magneettikenttää (silloin he menettävät kaiken suunnan eivätkä löydä tietä kotiin) [25] . Kuitenkin, jos näille hiirille annetaan pääsy visuaalisiin vihjeisiin, ne voivat löytää tiensä kotiin käänteisestä magneettikentästä huolimatta. Tämä tarkoittaa, että puuhiiret käyttävät magneettikenttiä avaruudessa suuntautumiseen, mikäli muita maamerkkejä ei ole olemassa kuin tämä. Kaikki nämä tutkimukset ovat kuitenkin saaneet paljon kritiikkiä, koska on vaikea eliminoida kokonaan kaikki aistimerkit ja myös se tosiasia, että joissakin näistä kokeista magneettikenttää muutettiin ennen testausta sen sijaan, että sitä olisi muutettu jo sen aikana. koe [26] . Siksi, kun otetaan huomioon magneettikenttien aktivoitumisaika, näiden kokeiden tulokset eivät anna lopullista ja yksiselitteistä vahvistusta sille, että puuhiiret käyttävät magnetoreseptiä avaruudelliseen orientaatioon muiden maamerkkien puuttuessa.

Tutkimukset, jotka on suoritettu maanalaisilla nisäkkäillä, myyrärottaperheen Fukomys amatus -lajilla , ovat johtaneet siihen johtopäätökseen, että nämä eläimet käyttävät magneettikenttiä kompassina auttamaan niitä paikantamaan pesänsä [26] . Toisin kuin puuhiirillä tehdyissä tutkimuksissa, sambian myyrärotilla (Fukomys amatus) ei havaittu mitään muutosta käyttäytymisessä joko visuaalisilla vihjeillä, kuten esimerkiksi auringonvalolla, tai ilman niitä. Tämä tulos selittyy jyrsijöiden maanalaisella elämäntavalla. Tämän myyrälajin magnetoreseption lisätutkimukset johtivat siihen johtopäätökseen, että kun jyrsijä pysyy vahvassa magneettikentässä, hermoaktiivisuus sen aivojen yläkollikulussa lisääntyy, mikä ilmeni välittömien varhaisten geenien aktivoitumisena [27] ] . Hermosolujen aktiivisuustaso aivojen ylemmän colliculuksen kahdella tasolla - välittömän harmaan kerroksen uloimmassa alakerroksessa ja syvemmässä harmaassa kerroksessa - nousi epäspesifisellä tavalla, kun jyrsijät altistettiin erilaisille magneettikentille. Välittömän harmaan kerroksen (InGi) sisäisessä alikerroksessa oli kuitenkin kaksi tai kolme aktiivisuutta osoittavia soluryhmiä. Ja mitä enemmän jyrsijät olivat alttiina magneettikentälle, sitä voimakkaammin InGin sisällä olevat välittömät varhaiset geenit reagoivat. Toisaalta, jos jyrsijät asetettiin magneettikenttään ja niitä ympäröi este, joka päästi vain pienen osan magneettisesta energiasta läpi, vain muutamat hajallaan olevat yksittäiset solut aktivoituivat eläinten aivoissa. Tästä syystä pääteltiin, että nisäkkäillä aivojen ylempi colliculus on tärkeä hermorakenne magneettisen tiedon käsittelyssä.

On mahdollista, että lepakot käyttävät myös magneettikenttiä avaruudelliseen suuntautumiseen. Vaikka tiedemiehet tietävät, että lepakot käyttävät kaikulokaatiota navigoidakseen lyhyitä matkoja, on edelleen epäselvää, kuinka ne navigoivat paljon pitkiä matkoja [28] . Jos lepakkalaji, Eptesicus fuscus , viedään sen kotialueelta ja asetetaan magneettikenttään, joka on siirretty 90 astetta myötä- tai vastapäivään magneettisesta pohjoisesta, se hajoaa ja lentää väärään suuntaan yrittäessään löytää tiensä kotiin. Siksi näyttää todennäköiseltä, että Eptesicus fuscus -lepakot kykenevät magnetoreseptoimaan. Todellinen mekanismi magneettikenttien vaikutuksesta lepakoihin jää kuitenkin epäselväksi, koska niiden magneettikenttä voi toimia joko karttana, kompassina tai kompassin kalibraattorina. Tuoreemmat tutkimukset toisesta lepakkolajista ( Myotis myotis ) löysivät todisteita, jotka tukevat hypoteesia, jonka mukaan lepakot käyttävät magneettikenttiä vain kompassin kalibraattorina, kun taas aurinko on niiden pääkompassi [29] .

Punaketut ( Vulpes vulpes ) voivat käyttää magnetovastaanottoa metsästessään pieniä jyrsijöitä. Kun he syöksyvät pienille saaliille, kuten hiirille tai myyrälle , useimmiten ne hyppäävät koilliseen kompassin suuntaan. Lisäksi pohjoinen suunta [30] on hallitseva onnistuneiden hyökkäysten joukossa , kun taas hyökkäykset kaikkiin muihin suuntiin epäonnistuvat [31] .

On myös todisteita, joiden avulla voimme puhua magnetoreseption esiintymisestä suurissa nisäkkäissä. Laitumella lepääessään tai ruokkiessaan nautakarja sekä metsäkauri ( Capreolus capreolus ) ja punahirvi ( Cervus elaphus ) kohdistavat ruumiinsa yleensä etelä-pohjoinen (NS) suuntaan [32] . Koska tuuli, aurinko ja kukkulat ja niiden rinteet voitiin sulkea pois tästä tutkimuksesta yleisinä, kaikkialla esiintyvinä tekijöinä, vain eläinten ruumiiden kohdistus magneettikenttävektoria pitkin voisi tarjota todennäköisimmän selityksen eläinten havaittuun käyttäytymiseen. Tämän tutkimuksen kuvailevasta luonteesta huolimatta muita mahdollisia vaihtoehtoisia selityksiä (kuten aurinkokompassia) ei voitu sulkea pois. Myöhemmässä aiheeseen liittyvässä tutkimuksessa tutkijat analysoivat märehtijöiden ruumiiden suuntaa paikoissa, joissa korkeajännitejohdot häiritsevät geomagneettista kenttää; Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää, miten magneettikenttien paikalliset vaihtelut voivat vaikuttaa eläinten orientaatiokäyttäytymiseen. Havaintoja ja laskelmia tehtiin kotieläinlaumoista otettujen satelliittikuvien ja ilmakuvien sekä laitumella olevien peurojen kenttähavaintojen perusteella. Molempien kappaleiden avaruudellinen suuntaus oli epäsäännöllinen suurjännitelinjojen alla tai lähellä. Lisäksi suoraan voimalinjojen alla tai lähellä niitä eri magneettikentille altistuneet, eri magneettisuuntiin ryntäävät naudat muodostivat sijaintinsa kanssa varsin selkeitä kuvioita. Tämä suurjännitelinjojen häiriövaikutus hävisi etäisyyden kasvaessa niistä [33] . Kuitenkin vuonna 2011 ryhmä tšekkiläisiä tutkijoita ilmoitti epäonnistuneesta yrityksestä toistaa mainittujen tutkimusten tulokset käyttämällä erilaisia ​​Google Earthin kuvia [34] .

Ihmiset

Luita, jotka voivat olla vuorovaikutuksessa magneettikentän kanssa, on löydetty ihmisiltä nenän alueelta, nimittäin sphenoid sinus ja ethmoid labyrinth [35] . 1970-luvun lopulla Manchesterin yliopiston Robin Bakerin tutkimusryhmä alkoi tehdä kokeita, joiden tarkoituksena oli tunnistaa merkkejä magnetoreseptiosta ihmisissä: näissä kokeissa olleet ihmiset olivat hämmentyneet, minkä jälkeen heiltä kysyttiin tiettyjä suuntia koskevia kysymyksiä; Koehenkilöiden vastaukset olivat tarkempia, jos heidän päähänsä ei ollut kiinnitetty magneettia [36] . Muut tutkijat väittivät myöhemmin, etteivät he pystyneet toistamaan samoja tuloksia samanlaisissa kokeissa [36] [37] . Hieman erilaisia ​​merkkejä magnetoreseption esiintymisestä ihmisissä ilmaantui tutkimusten tuloksena vuonna 2007: kävi ilmi, että matalataajuiset magneettikentät voivat luoda herätepotentiaalin ihmisen aivoissa [38] .

Magnetoreseptio ihmisissä voidaan luoda keinotekoisesti - magneettisten implanttien [39] ja ulkoisten, ei-pysyvien, keinotekoisten aistielimien avulla [40] . Tämä lähestymistapa ei kuitenkaan anna lähes mitään tietoa ihmisten synnynnäisestä kyvystä magnetoreseptoimaan.

On syytä huomata, että magneettisesti herkkä proteiini, kryptokromi - 2 , on löydetty ihmissilmistä [41] . Vielä ei kuitenkaan ole selvää, toimiiko tämä proteiini ihmisillä samalla tavalla kuin Drosophilassa ja voidaanko sitä käyttää magnetoreseptioon.

Vuonna 2019 tehdyt elektroenkefalogrammitutkimukset osoittivat, että ihmisen aivot pystyvät reagoimaan magneettikentän muutoksiin [42] .

Magneettikentän sallitut tasot

Kansainvälinen ionisoimattoman säteilyn suojelukomissio on tutkinut staattisen magneettikentän vaikutuksia ihmisiin. Sallituksi altistukseksi työpaikalla katsottiin liikkuessa sellainen magneettikentän taso, jossa ihmisillä ei ole huimausta ja pahoinvointia. Työpaikan sallituksi altistumisrajaksi asetettiin 200 mT (painotettu keskiarvo) työpäivän aikana ja enimmäistaso 2 T. Yleisen väestön pitkäaikaiseksi altistustasoksi on vahvistettu 40 mT [43] .

Venäjällä pysyvän magneettikentän (sekä sähköstaattisen kentän ja sähkömagneettisten kenttien laajalla taajuusalueella) suurimmat sallitut tasot on vahvistettu terveys- ja epidemiologisissa säännöissä ja määräyksissä SanPiN 2.2.4.1191-03 "Sähkömagneettiset kentät tuotantoolosuhteissa" [44] .

Ongelmia

Merkittävin ongelma, joka vaikuttaa eläinten magneettisten aistien todentamiseen, on se, että yli 40 vuoden magnetoreseption ilmiön tutkimuksesta huolimatta aistireseptoria ei ole vielä tunnistettu [17] . Ottaen huomioon, että koko reseptorijärjestelmä voisi mahtua yhteen kuutiomillimetriin ja silti sen magneettipitoisuus on alle yksi ppm , käy ilmeiseksi, että on erittäin vaikeaa eristää niitä aivojen osia, jotka pystyisivät käsittelemään tällaista tietoa [45] . Useissa organismeissa magnetoreseptiomekanismiin osallistui reseptori, joka vastaanottaa tietoa kryptokromien kautta. Samaan aikaan magnetiittijärjestelmä osoittautui merkitykselliseksi lintujen magneettisen herkkyyden kannalta. Lisäksi on mahdollista, että näillä molemmilla mekanismeilla on samanaikaisesti rooli eläinorganismien magneettikenttien havaitsemisessa. Tällainen teoria dualistisesta mekanismista lintujen tapauksessa herättää monia kysymyksiä, erityisesti: jos tämä mekanismi todella on vastuussa lintujen magnetoreseptiosta, niin kuinka paljon kukin yksittäinen menetelmä on vastuussa ulkoisten ärsykkeiden välittämisestä ja miten ne aiheutuvat. muodostaa signaali, jonka aivolinnut voivat tulkita ja joka on seurausta niin heikon Maan magneettikentän vaikutuksesta [7] .

Lisäksi magnetoreseption erityistehtävä eläinten navigoinnissa on epäselvä. Näyttää siltä, ​​​​että jotkut eläimet käyttävät magneettista aistiaan karttana, kompassina, toiset kompassin kalibraattorina. Tämän kompassimenetelmän avulla eläimet voivat paitsi määrittää pohjoisen suunnan myös säilyttää tietyn, muuttumattoman suunnan muuton aikana. Vaikka kyky havaita liikkeen suunta on tärkeä muuttolinnussa, monet eläimet voivat havaita myös pieniä vaihteluita Maan magneettikentässä ja laskea saatujen tietojen perusteella koordinaattikarttoja useiden kilometrien tarkkuudella, tai jopa tarkempia [ 46] . Esimerkiksi lintujen, kuten kirjekyyhkynen, uskotaan käyttävän nokassaan olevaa magnetiittia magneettisten indikaattoreiden tunnistamiseen; siksi heidän tällä tavalla magneettikentistä saamansa informaatio on luultavasti eräänlainen alueen kartta [7] . Kyyhkysten magnetoreseptiosta on kuitenkin olemassa vaihtoehtoisia versioita, joiden takana nämä linnut käyttävät kryptokromireseptoria, joka lähettää tietoa aivoihin visuaalisten (visuaalisten) signaalien muodossa, kuten kompassi [7] .

Magnetoreseption tehtävät linnuissa ja muissa eläimissä voivat olla erilaisia, mutta niitä on vaikea tutkia, ja itse magnetoreseption merkit pysyvät heikkoina. Lukuisissa kokeissa, jotka suoritettiin tämän ilmiön tutkimiseksi, tutkijat käyttivät magneettikenttiä, jotka ovat voimakkaampia kuin maan magneettikenttä. Joissakin tutkimuksissa, kuten nilviäisellä Tritonia , on käytetty yhden tai kahden hermosolun sähköfysiologisia tietoja, kun taas monet muut on tehty ilman sitä.

Muistiinpanot

  1. ↑ M. LINDAUER & H. MARTIN julkaisussa S. R. Galler et ai. . Eläinten suuntaus ja  navigointi .
  2. ↑ Blakemore, R. Magnetotactic Bacteria  (englanniksi)  // Science : Journal. - 1975. - Voi. 190 , ei. 4212 . - s. 377-379 . - doi : 10.1126/tiede.170679 . - . — PMID 170679 .
  3. ↑ Magnetospirillum gryphiswaldensen (englanniksi) magnetosomien muodostumisen biokemia ja molekyylibiologia  (pääsemätön linkki) . Magneto-Lab. Haettu 27. huhtikuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 27. toukokuuta 2008. 
  4. ↑ Wolfgang Wiltschko, Roswitha Wiltschko. Magneettinen suuntaus ja magnetoreseptio linnuissa ja muissa eläimissä  (englanniksi)  // Journal of Comparative Physiology. A, Neuroethology, Sensory, Neural and Behavioral Physiology: Journal. - 2008. - Elokuu ( osa 191 , nro 8 ) - s. 675-693 . - doi : 10.1007/s00359-005-0627-7 . — PMID 15886990 .
  5. ↑ 1 2 Kirill Stasevich. Tuntevatko eläimet magneettikenttiä?  // Tiede ja elämä . - 2016. - Nro 9 . - S. 74-79 .
  6. ↑ Kryptokromi ja magneettinen  tunnistus . "Teoreettinen ja laskennallinen biofysiikkaryhmä" Illinoisin yliopistossa Urbana-Champaignissa . Haettu 13. helmikuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 29. maaliskuuta 2019.
  7. ↑ 1 2 3 4 Rodgers, CT; PJ Hore. Kemiallinen magnetoreseptio linnuissa: radikaaliparimekanismi  (englanniksi)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United of America  : Journal. - 2009. - Vol. 106 , nro. 2 . - s. 353-360 . - doi : 10.1073/pnas.0711968106 . - . — PMID 19129499 .
  8. ↑ Gegear, Robert J.; Amy Casselman, Scott Waddell, Steven M. Reppert. Kryptokromi välittää valosta riippuvaa magnetosensitiivisyyttä Drosophilassa  (englanniksi)  // Nature : Journal. - 2008. - elokuu ( nide 454 , nro 7207 ). - s. 1014-1018 . - doi : 10.1038/luonto07183 . — . — PMID 18641630 .  (Englanti)
  9. ↑ Cadiou, Herve; Peter A. McNaughton. Lintujen magnetiittiin perustuva magnetoreseptio: fysiologin näkökulma  //  Journal of the Royal Society Interface : päiväkirja. - The Royal Society, 2010. - Voi. 7 , ei. Joustava 2 . —P.S193-205 . _ - doi : 10.1098/rsif.2009.0423.focus .  (Englanti)
  10. ↑ Lohmann, KJ; AOD Willows. Merinilviäisen Kuu-moduloitu geomagneettinen suuntaus  (englanniksi)  // Science : Journal. - 1987. - Voi. 235 , nro. 4786 . - s. 331-334 . - doi : 10.1126/tiede.3798115 . - . — PMID 3798115 .  (Englanti)
  11. ↑ KJ Lohmann; A.O.D. Willows, R.B. Pinter. Tunnistettava nilviäisten neuroni reagoi maan voimakkuuden magneettikenttien muutoksiin  // The  Journal of Experimental Biology  : Journal. — Biologien yritys, 1991. - Voi. 161 . - s. 1-24 . — PMID 1757771 .  (Englanti)
  12. ↑ Wang, JH Tunnistettavat neuronit, jotka estävät Maan voimakkuuden magneettiset ärsykkeet nilviäisessä Tritonia diomedeassa  // The  Journal of Experimental Biology  : Journal. — Biologien yritys, 2004. - Voi. 207 , nro. 6 . - s. 1043-1049 . - doi : 10.1242/jeb.00864 .  (Englanti)
  13. ↑ SJ VanVickle-Chavez; RN Van Gelder. Action Spectrum of Drosophila Cryptochrome  (englanniksi)  // Journal of Biological Chemistry  : Journal. - 2007. - Voi. 282 , nro. 14 . - P. 10561-10566 . - doi : 10.1074/jbc.M609314200 . — PMID 17284451 .  (Englanti)
  14. ↑ RJ Gegear; L. E. Foley, A. Casselman, S. M. Reppert. Eläinten kryptokromit välittävät magnetoreseption epätavanomaisella fotokemiallisella mekanismilla  (englanniksi)  // Nature : Journal. - 2010. - Vol. 463 , no. 7282 . - s. 804-807 . - doi : 10.1038/luonto08719 . — . — PMID 20098414 .  (Englanti)
  15. ↑ Walcott, C. Pigeon-homing: havainnot, kokeet ja hämmennykset  // The  Journal of Experimental Biology  : Journal. — Biologien yritys, 1996. - Voi. 199 , nro. Pt 1 . - s. 21-7 . — PMID 9317262 .  (Englanti)
  16. ↑ Keeton, WT Magneetit häiritsevät kyyhkysten suuntaamista  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States  : Journal  . - 1971. - Voi. 68 , no. 1 . - s. 102-106 . - doi : 10.1073/pnas.68.1.102 . - . — PMID 5276278 .  (Englanti)
  17. ↑ 1 2 Gould, JL Eläinten magneettikentän herkkyys  // Fysiologian vuosikatsaus. - 1984. - T. 46 . - S. 585-598 . - doi : 10.1146/annurev.ph.46.030184.003101 . — PMID 6370118 .  (Englanti)
  18. ↑ C.V. Mora; M. Davison, J. M. Wild, M. M. Walker. Magnetoreseptio ja sen kolmoishermovälitys kotikyyhkyssä  (englanniksi)  // Nature : Journal. - 2004. - Voi. 432 . - doi : 10.1038/luonto03039.1 .  (Englanti)
  19. ↑ H. Mouritsen; T. Ritz. Magnetoreseptio ja sen käyttö lintujen navigoinnissa  //  Current Opinion in Neurobiology. — Elsevier , 2005. — Voi. 15 , ei. 4 . - s. 406-414 . - doi : 10.1016/j.conb.2005.06.003 . — PMID 16006116 .  (Englanti)
  20. ↑ L.-Q. wu; JD Dickman. Magnetoreseptio linnun aivoissa osittain sisäkorvan lagenan välittämänä  (englanniksi)  // Current Biology  : Journal. - 2011. - Voi. 21 , ei. 5 . - s. 418-423 . - doi : 10.1016/j.cub.2011.01.058 . — PMID 21353559 .  (Englanti)
  21. ↑ Falkenberg, G., Fleissner, G., Schuchardt, K., Kuehbacher, M., Thalau, P., Mouritsen, H., Heyers, D., Wellenreuther, G. ja Fleissner. G., (2010). Lintujen magnetoreseptio: Hienostunut rautamineraali, joka sisältää dendriittejä ylänokassa, näyttää olevan yleinen lintujen piirre. PLoS ONE 5 : e9231 
  22. ↑ Wiltschko, W., Freire, R., Munro, U., Ritz, T., Rogers, LJ, Thalau, P. ja Wiltschko. R., (2007). Kotimaisen kanan Gallus gallus magneettinen kompassi. Journal of Experimental Biology, 210 : 2300-2310 
  23. ↑ Freire, R., Eastwood, M.A. ja Joyce, M., (2011). Pieni nokan leikkaus kanoissa johtaa mekaanisen vastaanoton ja magnetoreseption menettämiseen. Journal of Animal Science, 89:  1201-1206
  24. ↑ D. A. Kiškinev, N. S. Tšernetsov. Magnetoreseptorijärjestelmät linnuissa: katsaus nykyaikaiseen tutkimukseen  // Journal of General Biology. - 2014. Arkistoitu 15. marraskuuta 2017.
  25. ↑ JG Mather; RR Baker. Puuhiirten magneettinen suuntaus reittipohjaiseen navigointiin  (englanniksi)  // Nature : Journal. - 1981. - Voi. 291 , no. 5811 . - s. 152-155 . - doi : 10.1038/291152a0 . - .  (Englanti)
  26. ↑ 1 2 S. Marhold; W. Wiltschko, H. Burda. Magneettinen napaisuuskompassi suunnan löytämiseen maanalaisessa  nisäkkäässä //  Naturwissenschaften  : päiväkirja. - 1997. - Voi. 84 , nro. 9 . - s. 421-423 . - doi : 10.1007/s001140050422 . - .
  27. ↑ P. Nemec; J. Altmann, S. Marhold, H. Burda, H. H. Oelschlager. Magnetoreseption neuroanatomia: Supercolliculus, joka osallistuu nisäkkään magneettiseen orientaatioon  (englanniksi)  // Science : Journal. - 2001. - Voi. 294 , nro. 5541 . - s. 366-368 . - doi : 10.1126/tiede.1063351 . - . — PMID 11598299 .  (Englanti)
  28. ↑ R.A. Hollanti; K. Thorup, M. J. Vonhof, W. W. Cochran, M. Wikelski. Lepakon suuntaus maan magneettikentän avulla   // Luonto . - 2006. - Voi. 444 , no. 7120 . - s. 702 . - doi : 10.1038/444702a . — .  (Englanti)
  29. ↑ R. Wiltschko, W. Wiltschko. Magnetoreception   // BioEssays _ : päiväkirja. - 2006. - Voi. 28 , ei. 2 . - s. 157-168 . doi : 10.1002 / bies.20363 . — PMID 16435299 .  (Englanti)
  30. ↑ Ketun "etäisyysmittari" laajentaa magneettista eläintarhaa  . blogs.nature.com . Haettu 6. kesäkuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 24. kesäkuuta 2014.
  31. ↑ Suuntaus voi parantaa metsästyksen tarkkuutta etsivillä ketuilla  . Biology Letters (6. tammikuuta 2011). Haettu 2. marraskuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 18. helmikuuta 2015.
  32. ↑ Begall, S., Cerveny, J., Neef, J., Vojtech, O. ja Burda, H., (2008). Magneettinen kohdistus laiduntavilla ja lepäävillä nautaeläimillä ja kaurilla. Proc. Natl. Acad. sci. USA 105 : 13451-13455 
  33. ↑ Burda, H., Begalla, S., Červený, J., Neefa, J. ja Němecd, P., (2009). Erittäin matalataajuiset sähkömagneettiset kentät häiritsevät märehtijöiden magneettista suuntaamista. Proc. Nat. Acad. sci. USA 106 : 5708-5713 
  34. ↑ J. Hert; L. Jelinek, L. Pekarek, A. Pavlicek. Karjan kohdistusta geomagneettisia kenttäviivoja pitkin ei löytynyt  //  Journal of Comparative Physiology : päiväkirja. - 2011. - Voi. 197 , nro. 6 . - s. 677-682 . - doi : 10.1007/s00359-011-0628-7 .  (Englanti)
  35. ↑ R. R. Baker, J. G. Mather, J. H. Kennaugh. Magneettiset luut ihmisen poskionteloissa  (englanniksi)  // Luonto. - 1983. - 6. tammikuuta ( nide 301 , nro 5895 ). - s. 79-80 . - doi : 10.1038/301078a0 . - . — PMID 6823284 .  (Englanti)
  36. ↑ 1 2 Baker, R. Robin. Ihmisen navigointi ja magnetoreseptio. - Manchester University Press , 1989. - ISBN 0-7190-2627-X .
  37. ↑ R. Wiltschko, W. Wiltschko. magneettinen suuntaus eläimissä. - Springer, 1995. - s. 73. - ISBN 3-540-59257-1 .  (Englanti)
  38. ↑ S. Carrubba, C. Frilot, A.L. Chesson, A.A. Marino.  Todisteita ihmisen epälineaarisesta magneettisesta aistista  // Neurotiede. - Elsevier , 2007. - 5. tammikuuta ( nide 144 , nro 1 ). - s. 356-367 . - doi : 10.1016/j.neuroscience.2006.08.068 . — PMID 17069982 .  (Englanti)
  39. ↑ Dann Berg. Body Hacking: My Magnetic Implant  (englanniksi) (21. maaliskuuta 2012). Haettu 4. marraskuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 4. marraskuuta 2014.
  40. ↑ FeelSpace Project (downlink) . Haettu 4. marraskuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 6. huhtikuuta 2008. 
  41. ↑ Ihmisen silmäproteiini aistii Maan magnetismin , Science & Environment , BBC News ( 21. kesäkuuta 2011). Arkistoitu alkuperäisestä 13. marraskuuta 2014. Haettu 21. kesäkuuta 2011.  
  42. ↑ Kentän sijainti: ihmiskeho saattaa pystyä havaitsemaan Maan magneettikentän | tiede | The Guardian . Haettu 19. maaliskuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 19. maaliskuuta 2019.
  43. ↑ WHO | Sähkömagneettiset kentät ja kansanterveys . WHO. Haettu 28. helmikuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 19. lokakuuta 2018.
  44. ↑ SanPiN 2.2.4.1191-03 Sähkömagneettiset kentät tuotantoolosuhteissa | Matkapuhelimien haitalliset vaikutukset | Vrednost.ru . www.vrednost.ru Haettu 28. helmikuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 5. maaliskuuta 2019.
  45. ↑ Kirschvink , JL Magnetoreception: kotiing on selkärankaiset   // Luonto . - 1997. - Voi. 390 , no. 6658 . - s. 339-340 . (Englanti)  
  46. ↑ Gould, JL Eläinten navigointi: magneettisen suuntauksen kehitys  // Current Biology  : Journal  . - Cell Press , 2008. - Voi. 18 , ei. 11 .  (Englanti)

Linkit

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat