Внутреннее ухо для магнитного поля
Птицы могут чувствовать магнитное поле по электрическому току, который оно вызывает в каналах внутреннего уха.
Многие живые существа, от бактерий до птиц, чувствуют магнитное поле. Но если «магнитные» изменения в поведении заметить относительно просто, то определить, какие молекулярно-клеточные процессы обеспечивают магнитное чувство, уже совсем не просто. В случае с птицами, например, говорят о нескольких механизмах. Первый связан с фоточувствительными белками криптохромами в сетчатке глаз. Изменения в магнитном поле влияют на квантовое состояние некоторых электронов в этих белках – то есть, получается, птицы в буквальном смысле видят магнитное поле, хотя как именно они его видят, мы вряд ли можем себе представить.
Другой механизм предполагает наличие микрокристаллов минерала магнетита, которые вращаются в магнитном поле и стимулируют рецепторы. Это выглядит проще, чем квантовые изменения в белках, но надёжно подтвердить магнетитовый механизм долгое время не удавалось. Проблема была в том, чтобы найти клетки, которые будут чувствовать перемещения кристаллов. Одно время считалось, что органом магнитного чувства птицам служит клюв, но потом оказалось, что если пресечь нервные сигналы от клюва, птицы всё равно будут ориентироваться по магнитному полю. Впрочем, после этих экспериментов последовали другие, которые гипотезу магнитного клюва, по крайней мере, отчасти реабилитировали.
Ещё одна версия связана с птичьим внутренним ухом. Более десяти лет назад было замечено, что в ответ на изменения в магнитном поле чувствительные клетки внутреннего уха посылают импульсы в мозг. Предполагалось, что тут тоже должны работать магнетитовые частицы, которые стимулировали бы клетки-рецепторы, но поиски таких частиц успехом не увенчались. Тогда исследователи пошли по другому пути. Известно, что акулы и скаты чувствуют слабые электрические токи в окружающей воде благодаря ионным каналам – особым белкам, которые сидят в клеточной мембране и реагируют на электрическое напряжение в окружающей среде. Электрический ток может возникать при изменении магнитного поля. Во внутреннем ухе у птиц (как впрочем, у всех позвоночных) есть полукружные каналы, отвечающие за чувство равновесия и положения тела в пространстве. Они заполнены жидкостью, которая вполне способна проводить электрический ток индукции. Можно представить, что у птиц есть белковые ионные каналы, которые работают подобно акульим, то есть чувствуют электрический ток, и что эти каналы сидят в мембранах клеток в полукружных каналах внутреннего уха.
Сотрудники Мюнхенского университета имени Людвига и Максимилиана экспериментировали с голубями, которых сажали в камеры, полностью защищённые от внешнего магнитного поля. Внутреннее магнитное поле можно было менять по желанию экспериментатора, более того, с некоторыми птицами опыты ставили ещё и в темноте, чтобы свет не мешал наблюдать изменения в клетках и молекулах, сопутствующие изменениям в магнитном поле. В статье в Science говорится, что среди сенсорных клеток внутреннего уха голубей действительно есть такие, у которых намного больше белков, способных чувствовать электрическое напряжение. Те клетки, которые нужны для чувства равновесия, воспринимают движения жидкости по полукружным каналам, но клетки с электрочувствительными белками, очевидно, нужны, чтобы чувствовать не механический ток жидкости, а электрическое напряжение, возникающее в ней.
Как и в более ранних исследованиях, в новых экспериментах удалось проследить «магнитные» сигналы от внутреннего уха к областям мозга, которые обрабатывают сенсорную информацию и отвечают за ориентацию в пространстве. Полукружные каналы расположены в трёх взаимно перпендикулярных плоскостях, так что птица с их помощью получает трёхмерное представление о магнитном поле. Только роль магнетитовых частиц в них играет электрический ток индукции – он действует на специальную разновидность рецепторных клеток. В дальнейшем предстоит понять, как разные параметры магнитного поля воспринимаются клетками полукружных каналов, и как «магнитная» информация, которая идёт от них, согласовывается с той, которая идёт от глаз.
