Sense of attraction

Sense of attraction

Oleg Ovechkin
"Mekanik Popular" №9, 2015

Tidak semua organisme daratan dibatasi oleh perasaan yang ada pada manusia. Sesetengahnya mempunyai keupayaan supernormal yang luar biasa – sebagai contoh, mereka boleh berorientasikan ruang mengikut medan magnet bumi. Untuk masa yang lama, mekanisme "perasaan magnetik" ini kontroversi, tetapi 2015 boleh menamatkan perdebatan.

Dari sekolah, kita tahu jenis kuasa yang melindungi semua kehidupan di planet kita dari angin matahari yang mematikan: ia adalah medan magnet Bumi yang dihasilkan oleh pergerakan teras planet cecair dan mencerminkan sinaran kosmik berbahaya. Di permukaan bumi, sukar untuk mencari tempat di mana anda boleh mengasingkan diri anda dari medan ini. Namun dalam kehidupan seharian kita, kita jarang melihat impaknya.

"Kami", bagaimanapun, adalah hanya Homo sapiens. Spesies yang, seperti yang biasanya dipercayai, hanya mempunyai lima "deria" tradisional: penglihatan, pendengaran, bau, sentuhan, dan rasa. Alam tidak terhad kepada model "lima deria". Evolusi telah mencipta makhluk yang dapat melihat gambaran realiti fizikal yang lebih lengkap daripada manusia, dengan menggunakan jenis perasaan yang hebat seperti orientasi di angkasa di sepanjang medan magnet bumi dalam senjata deria mereka.Fenomena ini – sensasi medan magnet – dipanggil magnetoreception. Tetapi apa organisma dan untuk menyelesaikan tugas apa yang boleh menjadi perasaan yang begitu eksotik dengan standard manusia diperlukan?

Makhluk sensitif magnetik

"Haiwan seperti burung dan kupu-kupu rutin menyeberangi benua sebelum seorang lelaki mencipta pesawat. Seperti juruterbang, haiwan ini bergantung kepada alat penting, kompas, untuk mencapai destinasi pada waktu malam atau dalam kabus," kata Mekanik Popular Profesor Pakar Neurosains Jonathan Pierce-Shimomura dari University of Texas di Austin.

Untuk pertama kalinya, saintis menyedari bahawa burung sensitif terhadap medan magnet Bumi, pada akhir abad XIX. Kemudian, dua perang dunia berlaku, di mana merpati melancarkan secara aktif digunakan untuk menyampaikan mesej penting. Semasa Perang Dunia Kedua, Sekutu membawa 16,000 burung mel kepada benua Eropah. Hanya 1% mesej yang dihantar dengan merpati telah disulitkan – burung-burung itu mendapati penerima mereka supaya tepat langkah tambahan tidak diperlukan.

Apabila kemuliaan tentera merpati mencapai komuniti saintifik, para saintis bertanya-tanya apa yang membuat burung-burung ini menjadi ahli navigasi yang mahir?

Beberapa dekad berikut dibelanjakan untuk cuba mengesahkan dan menjelaskan fenomena ini. Keupayaan apa yang ada merpati yang ditemui: keupayaan untuk "mendengar" frekuensi ultralow, lihat ultraviolet, berorientasikan oleh bintang-bintang dan matahari. Walau bagaimanapun, walaupun senarai yang mengagumkan itu tidak mencukupi untuk menjelaskan keupayaan burung merpati dan beberapa burung lain untuk mengorientasikan diri mereka di angkasa dan menentukan lokasi mereka berhubung dengan sarang bersyarat.

Ia hanya pada pertengahan tahun 1960-an bahawa habuk telah terputus dari hipotesis magnetosensitiviti, dan pandangan masa-masa itu dicabar (pada masa itu semua orang percaya bahawa burung digunakan terutamanya untuk orientasi bintang dan Matahari). Pada mulanya, ahli sains Jerman, Hans Fromm menyedari bahawa burung-burung itu, walaupun di dalam bilik terpencil di mana Matahari dan bintang-bintang tidak kelihatan, tidak kehilangan keupayaan mereka untuk mengarahkan diri mereka sendiri. Darim mencadangkan bahawa kes itu dalam medan magnet, tetapi percubaan selanjutnya dengan penempatan burung dalam medan magnet buatan tidak memberikan sebarang hasil yang signifikan.

Kemudian Wolfgang Viltshko, juga dari Jerman, memutuskan untuk menjalankan eksperimennya sendiri untuk memeriksa sama ada punca fenomena itu adalah kepekaan burung kepada pelepasan radio.Wiltshko menggunakan bilik keluli yang sama seperti Fromm: sebuah peranti yang direka bentuk untuk mensimulasikan keadaan ruang sebahagiannya melindungi medan magnet bumi. Dia menyimpan burung-burung di ruang ini lebih lama daripada Fromm. Tiga hari kemudian, terkejutnya, saintis mendapati burung-burung itu telah berjaya belajar menavigasi sepanjang garis medan magnet yang lemah di mana mereka mendapati diri mereka. Ini adalah percubaan pertama yang pasti menunjukkan magnetoreception dalam haiwan.

Ternyata Fromm menyimpan burung-burung dalam medan magnet yang terlalu kuat, tidak dapat diakses oleh persepsi mereka. Wiltshko juga menggunakan medan magnet yang lemah, dan hasilnya diulang. Dalam sebuah artikel pada tahun 1966, saintis meringkaskan: "Bendungan tidak berorientasikan jika anda menyimpannya dalam medan magnet yang lemah. utara, burung akan mengambil perubahan ini. "

Kemudian, pada tahun 1972, istilah "magnetoreception" itu sendiri muncul. Niche penyelidikan baru menarik banyak saintisdan pada tahun 2015, mereka dapat mengesan keupayaan magnetoreception mereka dalam bakteria (magnetotactic yang disebut), ayam tempatan, mamalia seperti tikus hutan Eropah dan penggali Zambia, serta dalam beberapa spesies kelawar, rubah dan rusa.

Kulit coklat dari genus kelawar anggun dipandu oleh medan magnet Bumi dalam penerbangan. Kemampuan magnetorepsi juga didapati dalam mamalia lain, termasuk tikus, tahi lalat, dan juga rusa.

Walaupun kemajuan jelas dalam mengkaji magnetoreception, saintis masih tidak dapat bersetuju atas jawapan kepada satu soalan utama: apakah mekanisme fisiologi "rasa magnetik"? Dengan kata lain, betul-betul bahagian badan dan bagaimana mereka bertanggungjawab?

Navigator di paruh

"Walaupun sudah jelas bahawa haiwan menggunakan kepekaan pada medan magnet bumi untuk menavigasi di ruang angkasa, mekanisme keupayaan ini tetap tidak jelas, adakah mereka menggunakan mata atau telinga mereka? Medan magnet planet kita mudah melewati mayat, jadi" sensor " jauh di dalam otak, "kata Professor Pierce-Shimomura.

Dua hipotesis yang dibangunkan sebagai hasil daripada banyak eksperimen dianggap asas. Yang pertama adalah kehadiran magnetit di beberapa bahagian badan (Fe3O4), – oksida besi, magnet paling kuat di kalangan semua mineral semulajadi yang pernah ditemui di Bumi. Diasumsikan apabila bersentuhan dengan medan magnet Bumi, mineral ini magnetizes, dalam proses menghantar isyarat yang dapat dimengerti kepada otak haiwan.

Pada akhir abad ke-20, magnetit ditemui di paruh beberapa burung, termasuk merpati. Para saintis telah mencadangkan bahawa mineral ini bertanggungjawab untuk kerja "kompas dalaman." Tetapi penyelidikan pada awal abad XXI, banyak yang terpaksa menyerah pada idea ini. Khususnya, pada tahun 2005 satu kerja muncul di mana ia menunjukkan bahawa magnetit di paruh merpati tidak bertindak balas terhadap medan magnet bumi. Dan pada tahun 2012, sekumpulan saintis dari University College London dapat menunjukkan bahawa sel-sel yang sangat magnetit yang pernah ditemui di paruh merpati sebenarnya adalah makrofag, tidak mampu menghantar isyarat elektrik. Penemuan ini secara automatik merosakkan sel-sel tanggungjawab ini untuk magnetoreception, dengan nyata merosakkan imej hipotesis "magnetit".

Hipotesis kedua, yang mendapat populariti sudah pada tahun 2000-an, berdasarkan kajian fotosensitif (kepada bahagian biru spektrum) protein cryptochrome, terletak di retina mata.Cryptochrome terlibat dalam peraturan irama diari, atau sirkadian, dalam irama dan tumbuhan. Selain itu, terdapat dua jenis protein ini: yang pertama dijumpai secara eksklusif dalam invertebrata dan mengawal irama harian dengan cara yang ringan; Cryptochrome jenis kedua juga ciri-ciri vertebrata dan, kemungkinan besar, mengawal irama diurnal tanpa mengira cahaya.

Mengikut keputusan percubaan yang dijalankan untuk menjelaskan peranan cryptochrome dalam mekanisme magnetoreception, kedua-dua jenis protein mungkin terlibat dalam pembentukan "rasa magnet". Salah satu penyelidikan yang paling terkenal dan ilustratif di kawasan ini telah dijalankan pada tahun 2008 oleh kumpulan dari University of Massachusetts. Lalat Drosophila diletakkan di dalam labirin khas yang diterangi, di mana mereka diajar untuk makan berhampiran sumber medan elektromagnetik. Semasa percubaan, lalat tidak dapat mencari laluan ke palung mereka selepas para saintis "mematikan" cryptochrome mereka dengan menyekat kawasan biru dan cahaya ultraviolet dalam spektrum labirin. Apabila cryptochrome "dihidupkan," serangga sekali lagi dapat dengan mudah mencari magnet penghasil makanan.

Keputusan ini membolehkan para saintis untuk menganggap bahawa cryptochrome masih memainkan peranan tertentu dalam pembentukan "pengertian magnet" pada haiwan.Secara fisiologi, tindak balas kimia khas, yang dipanggil pasangan radikal, boleh bertanggungjawab untuk melaksanakan fungsi tersebut: apabila terdedah kepada cahaya panjang gelombang tertentu, dua bahagian satu molekul (atau hanya molekul jarak jauh) boleh mencetuskan tindak balas cascade yang berubah menjadi isyarat untuk sel yang mengandungi molekul ini. Sel, sebaliknya, dapat menghantar isyarat ini ke otak. Ia adalah mekanisme ini yang mungkin mendasari penyertaan cryptochrome dalam proses magnetoreception.

Antena daripada neuron

17 Jun 2015 di laman web majalah ini eLife Satu artikel diterbitkan yang menghidupkan kehidupan baru ke dalam bidang pengajaran magnet. Untuk pertama kalinya, saintis berjaya mencari neuron yang sensitif terhadap medan magnet Bumi dan membuktikan bahawa mereka bertanggungjawab untuk kerja "pengertian magnet" dalam haiwan – dalam kes ini, nematoda di dalam cacing C. elegans.

Bintang dari dunia cacing
Tidak seperti banyak cacing bulir (nematod), Caenorhabditis elegans tidak parasit, tetapi hidup "dalam kebebasan". C. elegans adalah organisma multiselular pertama yang genomnya telah diisi sepenuhnya. Nematoda ini mempunyai dua jantina: lelaki dan hermaphrodit ') "> Bintang dari dunia cacing
Tidak seperti banyak cacing bulir (nematod), Caenorhabditis elegans tidak parasit, tetapi hidup "dalam kebebasan". C. elegans adalah organisma multiselular pertama yang genomnya telah diisi sepenuhnya. Nematoda ini mempunyai dua jantina: lelaki dan hermaphrodit "border = 0> Bintang dari dunia cacing
Tidak seperti banyak cacing bulir (nematoda), Caenorhabditis elegans Ia tidak parasit, tetapi hidup "dalam kebebasan". C. elegans – ini adalah organisme multiselular pertama yang mana genomnya telah diisi sepenuhnya. Nematoda ini mempunyai dua jantina: lelaki dan hermaphrodit

Perunding kami, Profesor Pierce-Shimomura, salah seorang pengarang kajian ini, menggambarkan bagaimana pasukan makmal sainsnya berjaya membuat penemuan ini. Nematode C. elegans Bukannya tidak disengajakan bahawa mereka telah dipilih: lebih awal ketika mempelajari cacing jenis ini, mereka mendapati molekul yang bertanggungjawab untuk bau dan sentuhan, yang, sebagaimana ternyata, juga digunakan oleh haiwan lain, termasuk manusia.

Kakitangan makmal melihatnya C. elegans apabila bergerak atas sebab tertentu cenderung magnet untuk peti sejuk. Untuk mengetahui sama ada ini entah bagaimana berkaitan dengan magnetoreception, saintis memutuskan untuk memeriksa bagaimana cacing akan bergerak dalam keadaan medan magnet dinamik. Cacing-cacing itu dilancarkan ke dalam tiub khas, di mana dihasilkan medan magnet buatan dihasilkan.Apabila paip berorientasikan mengikut tiang magnet (contohnya, utara-selatan, barat laut), nematoda merangkak sepanjang paip secara rawak. Dalam keadaan orientasi vertikal paip, cacing mula merangkak terus turun.

"Perasaan bahagian bawah cacing yang diterima dari medan magnet Bumi, kerana apabila kita secara buatan mengubah medan magnet di sekeliling tiub, nematoda mula merayap," – kata profesor itu. Tingkah laku nematoda sepenuhnya konsisten dengan cara cacing ini biasanya bermigrasi di hemisfera selatan, di mana medan magnet diarahkan ke atas. Untuk menentukan bagaimana C. elegans merasakan medan magnet bumi, saintis mempunyai titik ke titik yang menghancurkan satu set neuron deria cacing dengan bantuan mutasi khas. Kerosakan kepada satu set neuron deria seperti yang disebut neuron AFD, menyebabkan ketidakupayaan cacing ke orientasi magnetik dan untuk menghentikan pergerakan menegak.

Para saintis kemudian mendapati bahawa neuron AFD boleh diaktifkan oleh medan magnet. Maklum balas neuron yang berkaitan diperolehi walaupun selepas penghancuran sambungan sinaptiknya. Ini membuktikan bahawa neuron AFD sendiri sensitif sensitif.

"Neuron AFD di hujung mereka mempunyai struktur seperti antena yang mengagumkan,yang boleh berfungsi seperti kompas nano dan membengkok sesuai dengan medan magnet bumi ", – menjelaskan profesor itu.

Menurut saintis, kajian lebih lanjut tentang molekul yang memberikan magnetosensitivity C. elegans, boleh menyebabkan penemuan molekul tersembunyi yang serupa pada haiwan lain, misalnya, burung dan rama-rama.

Oleh itu, penemuan yang sempurna bukan sahaja memperdalam pemahaman kita mengenai fenomena magnetoreception dalam haiwan, tetapi juga, mungkin, membawa kita lebih dekat kepada penerangan lengkap mengenai mekanisme fisiologi keupayaan ini yang luar biasa.


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

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