Ориентирование животных с помощью магнитного поля Земли

Некоторые животные похожи на компасы. Так же как магнитная стрелка указывает на север, они способны ориентироваться в пространстве и находить путь домой через большие расстояния. Очевидно, животные используют магнитное поле Земли. Но как?

Ученые всегда считали, что минерал магнетит (оксид железа) может быть создан только в земных недрах, в магме, при высоком давлении и высокой температуре. Никто не мог и предположить, что какие-либо животные могут на самом деле синтезировать это вещество. Но в начале 1960-х годов профессор Хайнц Ловенстам в Калифорнийском технологическом институте сделал замечательное открытие. Он обнаружил животное, производящее магнетит внутри себя.

Изучая примитивных моллюсков хитонов, Ловенстам обнаружил, что зубы на их лентообразном шершавом языке состоят из магнетита, именуемого также магнитным железняком. Он предположил, что хитоны синтезируют этот минерал самостоятельно.

Но как могут хитоны производить это необычное вещество? Для какой цели оно служит? Дальнейшие исследования показали, что на свободе, особенно летом, калифорнийские хитоны прикрепляются к скалам, ориентируясь на север. Когда исследуемые моллюски были помешены внутрь специальных камер, в которых на них не действовало магнитное поле Земли, хитоны потеряли свою ориентацию и располагались в различных направлениях, отличных от северного. Предположительно магнетитовые зубы моллюсков помогают им ориентировать положение своего тела по геомагнитному полю планеты.

Живой компас

В 1975 году, работая в Массачусетсской лесной лаборатории Нью-Гемиширского университета, микробиолог доктор Ричард Блэкмор обнаружил новый замечательный вид бактерий — обитателей ила. Ориентация этих бактерий в пространстве определялась магнитными силами Земли. Названные Aquaspirillum magnetotacticum, эти создания опускались вниз не под действием гравитации, а из-за магнетизма. Когда Блэкмор воздействовал искусственным магнитным полем на сосуд с илом, содержащим бактерии, они изменяли положение в пространстве, согласуясь с направлением искусственных силовых линий. Изучение Aquaspirillum magnetotactum под микроскопом показало, что в их удлиненных телах содержатся похожие на цепочки структуры кристаллов, состоящих из магнетита. Эти цепочки, называемые магнетосомами, явно выполняют функцию геомагнитного восприятия.

Медоносные пчелы также содержат в своих тканях магнетит. В 1970 году зоолог Принстонского университета доктор Жозеф Кирсшвинг показал, что магнетит содержится в клетках брюшка пчелы, образуя поясок в каждом сегменте. Он концентрируется в скоплениях нервных клеток — ганглиях.

Магнитная чувствительность птиц

Наиболее известные магниточувствительные создания — это птицы, а более всего среди них почтовые голуби. Даже лишенные привычных ориентиров и возможности ориентироваться по Солнцу, голуби все же найдут путь к дому и вернутся, если их чувство магнитного поля не повреждено. Хотя, если прикрепить к их голове маленький магнит или отвезти от дома к месту выпуска в специальном, экранирующем магнитное поле Земли контейнере, птицы потеряют способность к ориентации, когда будут выпущены. В другом эксперименте голубь с прикрепленным к голове магнитом, меняющим полярность магнитных линий, летит в обратном направлении от своего дома.

Ориентирование на крыльях

Искусственное магнитное поле может сбивать перелетных птиц с курса. Американский синий овсянковый кардинал (Passerina cyanea) во время миграции ориентируется по северному геомагнитному полюсу, но попавшие под действие искусственного магнитного поля птицы каждый раз доверчиво меняли направление полета, как только менялась горизонтальная магнитная составляющая поля.

Пока еще магнитные рецепторы птиц изучены слабо. Хотя возможно, эту функцию выполняют маленькие темноокрашенные структуры, содержащие магнетит, и нервные клетки, расположенные между внешней оболочкой мола и костями черепа голубей и перелетных птиц семейства воробьиных. Частицы магнетита найдены также в тканях клюва этих птиц.

Чувствительность рыб

Среди животных не только птицы способны использовать чувствительность к магнитному полю. Многие морские обитатели также чувствительны к магнетизму. Голожаберный моллюск тритон (Tritonia diomeda), например, известен тем, что ориентируется под углом 87,6° по отношению к магнитной оси Земли.

Первые магнитные рецепторы, напрямую связывающие магнетит с нервной системой и поведением, были обнаружены у позвоночных в 1997 году. Группа зоологов из Оклендского университета, возглавляемая доктором Михаэлем Уолкером, изучала это удивительное чувство у гольца и выяснила, что участок черепа этих рыб содержит магнетит. Записав активность нервных клеток ною участка, ученые обнаружили, что специфическая подгруппа нервных волокон внутри одной из ветвей тройничного нерва возбуждается в ответ на изменения окружающего магнитного поля. Исследователи также нашли магнетит в ткани, слой которой располагается под обонятельными центрами гольца. Когда они ввели специальный краситель в расположенные рядом с нервом магниточувствительные волокна, краска показала, что все волокна разветвляются и заканчиваются вблизи магнетитсодержаших клеток обонятельной ткани гольца.