Джонджо МакФадден - Жизнь на грани

Первая теория — о том, что в той или иной форме обычный механизм компаса находится где-то в теле животного, была подкреплена открытием крошечных кристаллов магнетита, природного минерала оксида железа, у многих животных и микроорганизмов, что, вероятно, и обеспечивает их магнитную чувствительность. Например, бактерии, которые используют магнитную чувствительность для того, чтобы ориентироваться в мутных морских отложениях, часто содержат продолговатые кристаллы магнетита.

К концу 1970 года магнетит был обнаружен в телах различных видов животных, способных к навигации по магнитному полю Земли. Примечательно, что магнетит был найден внутри нейронов в верхней части клюва самых известных птичьих навигаторов — почтовых голубей [91] Hanzlik M., Heunemann C., Holtkamp-Rotzler E., Winklhofer M., Petersen N. and Fleissner G. Superparamagnetic magnetite in the upper beak tissue of homing pigeons // Biometals, 2000. — Vol. 13: 4. — P. 325–331. . Предположительно нейроны реагируют на магнитные сигналы, улавливаемые кристаллами магнетита, а затем посылают сигнал в мозг животного. Более поздние исследования показали, что голуби были дезориентированы и утрачивали способность отслеживать геомагнитное поле, когда маленькие магниты были прикреплены к верхним частям их клювов, где эти богатые магнетитом нейроны, по-видимому, и расположены. Казалось, что источник животной магниторецепции наконец-то удалось локализовать [92] Mora C. V., Davison M., Wild J. M. and Walker M. M. Magnetoreception and its trigeminal mediation in the homing pigeon // Nature, 2004. — Vol. 432. — P. 508–511. .

Тем не менее пришлось снова вернуться к исходной точке в 2012 году, когда еще одна работа была опубликована в Nature . Она описывала подробное 3D-изучение клюва голубя с использованием метода МРТ. Исследование показало, что магнетит в клетках клюва голубя почти наверняка не имеет ничего общего с магниторецепцией. На самом деле богатые железом клетки, называемые макрофагами, участвуют в выработке иммунитета к патогенам, но, насколько известно, не влияют на чувствительность к магнитному полю [93] Treiber C., Salzer M., Riegler J., Edelman N., Sugar C., Breuss M., Pichler P., Cadiou H., Saunders M., Lythgoe M., Shaw J. and Keays D. A. Clusters of iron-rich cells in the upper beak of pigeons are macrophages not magnetosensitive neurons // Nature, 2012. — Vol. 484. — P. 367–370. .

И вот как раз сейчас наступает самый подходящий момент для того, чтобы вернуться к выдающемуся немецкому орнитологу Вольфгангу Вильчко, с которым мы познакомились в главе 1. Интерес Вильчко к птичьей навигации разгорелся в 1958 году, когда он присоединился к исследовательской группе во Франкфурте под руководством орнитолога Фрица Меркеля. Меркель был одним из немногих ученых, которые в то время изучали магнитную чувствительность животных. Один из его учеников, Ганс Фромм, уже показал, что некоторые птицы могут ориентироваться внутри пустых закрытых помещений. Это доказывало, что их навигационные способности не были основаны на визуальных ориентирах. Фромм предположил два возможных механизма: либо птицы получали какие-то радиосигналы от звезд, либо же они могли чувствовать магнитное поле Земли. Вольфганг Вильчко склонялся ко второй версии.

Осенью 1963 года Вильчко начал проводить эксперименты с европейскими малиновками, которые, как вы помните, обычно мигрируют между Северной Европой и Северной Африкой. Он поместил малиновок, пойманных в середине миграции, внутрь специальных камер, защищенных от магнитного излучения. Затем он подвергал птиц воздействию слабого искусственного статического магнитного поля, генерируемого устройством под названием «катушка Гельмгольца», которое может имитировать геомагнитное поле, но силу и направление которого можно изменять. Он обнаружил, что птицы, отловленные во время миграции, осенью или весной становились беспокойными и группировались с той стороны камеры, которая совпадала с направлением искусственного поля. После двух лет кропотливых усилий, в 1965 году, он опубликовал результаты, демонстрирующие, что птицы чувствительны к направлению наведенного поля и, соответственно, как он полагал, могут аналогично обнаруживать и магнитное поле Земли.

Эти эксперименты придали больший авторитет идее птичьей магниторецепции и дали толчок дальнейшим исследованиям. Но в то же время никто не имел ни малейшего представления, как это чувство работает: как чрезвычайно слабое магнитное поле Земли действительно может влиять на органы животных? Ученые не могли даже договориться о том, где в теле животных расположен чувствительный орган, отвечающий за магниторецепцию. Даже после того, как кристаллы магнетита были найдены у некоторых видов животных, подтверждая идею работы механизма обычного магнитного компаса, навигационная способность малиновки оставалась загадкой, потому что в ее теле магнетит обнаружен не был. Чувствительность малиновки также имеет некоторые необъяснимые особенности, которые не согласуются с принципом работы магнитного компаса; например, удивительно то, что птицы теряли способность, когда им завязывали глаза, указывая на то, что они должны «видеть» магнитное поле Земли. Но как животные могут видеть магнитное поле?

В 1972 году Вильчко (Вольфганг к тому времени стал работать в команде со своей женой Розвитой) обнаружили, что компас малиновки отличается от всех ранее изученных. Обычный компас имеет намагниченную иглу, один конец которой (ее южный полюс) притягивается к Северному магнитному полюсу Земли, а обратный конец — к Южному. Но есть и другой вид компаса, который не делает различий между магнитными полюсами. Такой компас, как вы помните из главы 1, называется инклинометром, он указывает на то, какой полюс находится ближе, и показывает, удаляетесь вы от полюса или приближаетесь к нему, но не указывает, к какому именно. Одним из способов получения такого рода информации является измерение угла между силовыми линиями магнитного поля и поверхностью Земли (рис. 6.1).

Рис. 6.1.Линии магнитного поля Земли и угол магнитного наклонения

Этот угол магнитного наклонения ( inclination angle — отсюда и название для такого рода компаса) является почти вертикальным (указывает на землю) близко к полюсам и параллельно земле на экваторе. Между экватором и полюсами магнитные силовые линии проходят под острым углом к поверхности, достигая 90° на ближайшем полюсе. Таким образом, любое устройство, которое измеряет этот угол, может выступать в качестве инклинометра и обеспечивать информацию о направлениях.

В своих экспериментах в 1972 году Вильчко поместили птиц в защищенную от геомагнитного поля камеру и подвергли их воздействию искусственного магнитного поля. Что отличает этот эксперимент от предыдущих, так это то, что они поменяли полярность, повернув магнит на 180°, но это не оказало никакого влияния на поведение птиц: они ориентируются по отношению к ближайшему магнитному полюсу, каким бы он ни оказался, поэтому их чувствительность нельзя объяснять принципом обычного магнитного компаса. Исследование 1972 года показало, что магниторецепция малиновки работает по принципу инклинометра. Но как именно она работает, так и осталось загадкой.