Животный магнетизм

Загадка навигации животных
Всегда оставалось загадкой, как почтовые голуби преодолевают сотни километров, чтобы вернуться на ночлег, и как форель и лосось проводят всю свою жизнь в океане, но при этом способны доплыть до того самого места, где родились, чтобы отложить икру.

Магниторецепция: скрытое чувство
С конца 1960-х годов исследователи полагали, что некоторые виды животных обладают «скрытым» чувством, называемым магниторецепцией — способностью воспринимать очень слабые сигналы от магнитного поля Земли и ориентироваться, используя эти сигналы. Теперь исследователи обнаружили доказательства того, что все животные обладают этим чувством, включая птиц, пчел, рыб, морских черепах, угрей и даже некоторые виды саламандр и лягушек. (По крайней мере, один ученый утверждает, что оно есть и у людей, но мы не будем углубляться в эту тему.)

Эксперимент: в поисках генетической основы
Для ученых было сложно понять, как именно работает это чувство на молекулярном и клеточном уровне. Именно поэтому исследователи Сёнке Йонсен и Боб Фитак из Университета Дьюка решили разгадать эту загадку, выделив гены в геноме радужной форели, которые могут использоваться в магниторецепции.

Исследователи приобрели маленьких форелей на рыбной ферме в Северной Каролине и содержали их в аквариуме в подвале своего здания. Затем они случайным образом отобрали форелей из этого аквариума для тестирования, подвергнув их воздействию магнитного излучения с помощью аппарата, обычно используемого для намагничивания предметов, таких как наконечники отверток. Примерно через 10 минут они усыпили форелей и взяли образцы их мозга.

Идея заключалась в том, что магнитный импульс будет включать или выключать определенные гены в ответ на воздействие импульса. После секвенирования ДНК 10 намагниченных форелей исследователи сравнили ее с 40 000 генами, ранее описанными в геноме форели. Они обнаружили 180 генов, которые, по-видимому, подвергались воздействию намагниченности.

«Исследования этого магнитного ощущения обычно основаны на изучении поведения, физиологии и молекулярных процессов, связанных с компонентом, называемым криптохромом», — говорит Фитак. «Мы хотели предложить еще один список кандидатов. Мы надеемся, что другие исследователи подхватят эту идею и будут ее использовать».

Исследование опубликовано в журнале Biology Letters.

Две основные теории: магнетит и криптохром
Некоторые из экспрессируемых генов связаны с двумя существующими теориями о том, как работает магниторецепция.

1. Система на основе магнетита
   Одна из систем основана на магнетите, разновидности намагниченного железа, которое исследователи обнаружили в мозге и теле животных, чувствительных к магнитному полю. Считается, что эти частицы действуют как нанокомпасы, выравниваясь по линиям магнитного поля Земли и передавая эту информацию животному.

   Фитак говорит, что, хотя исследователи считают, что магнетит, вероятно, участвует в магниторецепции, изучать его в организме животных практически невозможно. «На практике количество необходимого магнетита настолько мало, что определить, что происходит в мозге, а что является загрязнением, очень сложно, — говорит Фитак. — Он повсюду, даже в образцах воды».

   Другой подход заключается в изучении ферратина — белка, который транспортирует и хранит железо внутри клеток. Но изучение ферратина и его связи с магниторецепцией столь же сложно, поскольку вмешательство в работу ферратина или его удаление из организма приводит к смерти.

2. Система на основе криптохрома
   Другой предполагаемый тип магниторецепции основан на криптохроме — типе светочувствительной молекулы, обнаруженной в глазах птиц и некоторых других животных, — в которой магнитное поле активирует фоторецепторы в глазу.

Пока исследователям еще не удалось увидеть магнетит в действии или понаблюдать за тем, как криптохром может влиять на нейронные цепи птиц. И они не могут определить, связаны ли эти две системы между собой.

Связь между системами и дальнейшие планы
Фитак говорит, что его исследование может помочь прояснить последний вопрос. Его работа показывает, что некоторые из 180 генов, идентифицированных у форели, связаны как с ферратином, так и со зрительным нервом, а это значит, что обе системы могут быть взаимосвязаны.

«Результаты предполагают, что система обнаружения [у форели] основана на железе, которое может быть связано с глазами или находиться внутри них», — говорит Джонсен в пресс-релизе об исследовании.

На следующем этапе работы Фитак надеется изучить сельдь, другой вид рыб, которые каждую весну возвращаются в пресноводные районы восточного побережья для нереста. В этом исследовании он намерен сосредоточиться на генах, экспрессируемых в сетчатке этих рыб, чтобы найти больше потенциальных генетических связей с криптохромом.