Новости химической науки > Химическая реакция помогает птицам мигрировать

Черепахи, птицы и бабочки могут мигрировать на тысячи километров. Часто их путь пролегает над лишенной ориентиров поверхностью морей и океанов.

Исследователи давно предполагают, что птицы и другие мигрирующие животные используют свою способность чувствовать магнитное поле Земли, однако природа этого внутреннего компаса остается загадкой.

Результаты новых исследований позволяют ученым говорить, что они приблизились к разгадке – исследователи полагают, что при перелетах птицы могут ориентироваться за счет чувствительной к магнитному полю реакции, протекающей внутри органов зрения птиц.

Радикальный компас. Теоретически, светочувствительный белок криптохром может обуславливать чувствительность мигрирующих животных к магнитному полю Земли. (Рисунок: (с) Thorsten Ritz)

Исследователи расходятся во мнении о механизме чувствительности животных к магнитному полю Земли, споря о природе магнитов, содержащихся внутри организма. Часть исследователей полагает, что птицам помогают ориентироваться микроскопические железосодержащие кристаллы, локализованные в клюве. Хотя кристаллы магнетита и были обнаружены в птичьих клювах, пока неясно, как они связаны с мозгом пернатых.

Другая гипотеза рассматривает в качестве «стрелки компаса» химические реакции, на протекание которых оказывает влияние магнитное поле. При облучении светом криптохром (cryptochrome), белок, входящий в состав глаза, может переходить в состояния, различающиеся локализацией неспаренного электрона. Соотношение двух белковых форм с различными радикальными центрами зависит от ориентации криптохрома относительно магнитного поля. Сторонники радикально-парной природы ориентации птиц полагают, что животные находят свой путь с помощью криптохрома, также визуально отслеживая свой путь по положению Солнца и звезд.

За последний месяц опубликованы результаты двух новых исследований, подтверждающих радикально-парную гипотезу.

В группе Хенрика Муритсена (Henrik Mouritsen) из Университета Ольденбурга (Германия) изучали особенности передачи информации с предполагаемых «компасов» на мозг малиновок. У одной группы птиц был удален нерв, связывающий клюв с мозгом, у другой – повредили участок мозга (мозговой кластер N), который, как считается, обрабатывает информацию о магнитных полях, получаемую птицами с помощью криптохромсодержащих клеток, входящих в состав органов зрения. Малиновки, у которых была повреждена система передачи нервного импульса с клюва на мозг, сохраняли способность к детектированию магнитного поля; птицы, у которых был поврежден мозговой кластер N, эту способность теряли [1].

Результаты второго исследования, проведенного Эрином Хиллом (Erin Hill) и Торстеном Ритцем (Thorsten Ritz), биофизиками из Университета Калифорнии, представляют собой аргументированное возражение критикам радикально-парной гипотезы.

Исследователи, не придерживающиеся радикально-парной гипотезы, заявляют, что располагающиеся в глазах птиц криптохромсодержащие клетки располагаются неупорядоченно друг относительно друга, что может создавать слишком большой фоновый магнитный шум, не позволяющий мозгу корректно обработать информацию о внешних магнитных полях.

Проведенные Хиллом и Ритцем расчеты демонстрируют, что беспорядочное расположение клеток не может быть препятствием для передачи информации о магнитных полях с белка-криптохрома на мозг. Исследователи считают, что для ориентирования птицы относительно магнитного поля Земли достаточно такого количества криптохрома, которое содержится в одной клетке, однако, как заявляют калифорнийские биофизики, строение именно этих «магниточувствительных» клеток пока еще неизвестно [2].

Отзываясь о результатах, пополняющих «копилку» сторонников радикально-парной теории ориентирования мигрирующих животных, Кеннет Ломан (Kenneth Lohmann), специалист по поведенческой биологии из Университета Северной Каролины, говорит, что хотя его коллеги из Калифорнии убедительно опровергли тот пункт, в соответствии с которым радикально-парная теория подвергалась критике наибольшее число раз, отказываться от «магнетитной» гипотезы еще преждевременно. Ломан считает, что магнитная восприимчивость мигрирующих животных может реализовываться по обоим механизмам – магнетитному и радикально-парному.

Источник: [1] Nature, 2009, 461, 1274; doi:10.1038/nature08528; [2] Interface, 2009, doi: 10.1098/rsif.2009.0378.focus

метки статьи: #биохимия, #квантовая химия, #молекулярная биология, #физическая химия