Не все живые существа на планете ограничены теми чувствами, которые доступны человеку. Некоторые из них обладают уникальными способностями, такими как ориентация в пространстве с помощью магнитного поля Земли. Механизм этого «магнитного чувства» долгое время вызывал споры, однако в 2015 году дискуссии были прекращены.
С школьной скамьи мы знаем, какую силу защищает все живое на Земле от смертоносного солнечного ветра: это магнитное поле нашей планеты, возникающее в результате движения жидкого ядра и отражающее опасное космическое излучение. На поверхности Земли трудно найти место, где можно было бы полностью изолироваться от этого поля. Тем не менее, в повседневной жизни мы редко замечаем его влияние.
«Мы», однако, это лишь Homo sapiens. Вид, который, как считается, обладает только пятью «традиционными» чувствами: зрением, слухом, обонянием, осязанием и вкусом. Природа не ограничилась моделью «пяти чувств». Эволюция создала существа, которые способны воспринимать более полную картину физической реальности, чем люди, используя даже такие фантастические виды чувств, как ориентация в пространстве по магнитному полю Земли. Это явление — ощущение магнитного поля — называется магниторецепцией. Но каким организмам и для каких задач могло понадобиться столь экзотическое по человеческим меркам чувство?
Магниточувствительные создания
«Такие животные, как птицы и бабочки, пересекали континенты задолго до появления самолета. Как и пилоты, эти существа используют важный инструмент — компас, чтобы добраться до пункта назначения ночью или в тумане», — рассказал «TechInsider» нейробиолог профессор Джонатан Пирс-Шимомура из Техасского университета в Остине.
Впервые ученые заметили чувствительность птиц к магнитному полю Земли в конце XIX века. Позже, во время двух мировых войн, почтовые голуби активно использовались для доставки важных сообщений. В ходе Второй мировой войны союзники отправили на европейский континент 16 000 почтовых птиц. Лишь 1% сообщений, отправленных с голубями, был зашифрован — птицы находили своих адресатов с такой точностью, что дополнительные меры предосторожности были излишни.
Когда военная слава голубей достигла научного сообщества, ученые начали задаваться вопросом — что делает этих птиц такими искусными навигаторами?
Следующие десятилетия прошли в попытках подтвердить и объяснить этот феномен. У голубей обнаружили различные способности: возможность «слышать» низкие частоты, видеть ультрафиолет, ориентироваться по звездам и Солнцу. Однако даже этот впечатляющий список не объяснял, как голуби и некоторые другие птицы ориентируются в пространстве и определяют свое местоположение относительно условного гнезда.
Только в середине 1960-х годов гипотеза о магниточувствительности была вновь рассмотрена, бросив вызов prevailing views того времени, согласно которым считалось, что птицы используют для ориентации в основном звезды и Солнце. Сначала немецкий ученый Ганс Фромм заметил, что птицы, даже находясь в изолированной комнате, где не видно Солнца и звезд, не теряли способности к ориентации. Фромм предположил, что дело в магнитном поле, однако дальнейшие эксперименты с помещением птиц в искусственные магнитные поля не дали значительных результатов.
Затем Вольфганг Вилтшко, также из Германии, решил провести собственный эксперимент, чтобы проверить, является ли причиной феномена чувствительность птиц к радиоизлучению. Вилтшко использовал ту же стальную комнату, что и Фромм: разработанное для имитации условий космоса устройство частично экранировало магнитное поле Земли. Он держал птиц-зарянок в этой комнате значительно дольше, чем Фромм. Спустя три дня ученый к своему удивлению обнаружил, что птицы успешно научились ориентироваться по линиям слабого магнитного поля, в котором оказались. Это был первый эксперимент, который достоверно продемонстрировал магниторецепцию у животных.
Оказалось, что Фромм держал птиц в слишком сильных магнитных полях, недоступных их восприятию. Вилтшко же использовал слабые магнитные поля, и результаты удалось повторить. В статье 1966 года ученый подытожил: «Зарянки не ориентируются, если держать их в очень слабом магнитном поле. Однако если держать их в таком поле дольше трех дней, то они могут переориентироваться. И если затем изменить горизонтальный компонент этого слабого магнитного поля, поменяв магнитный север, то птицы учтут эти перемены».
Позже, в 1972 году, был введен термин «магниторецепция». Эта новая исследовательская область привлекла множество ученых, и к 2015 году способность к магниторецепции была обнаружена у бактерий (так называемых магнитотактических), домашних кур, млекопитающих, таких как европейская лесная мышь и замбийский землекоп, а также у некоторых видов летучих мышей, лис и оленей.
Несмотря на значительный прогресс в изучении магниторецепции, ученые до сих пор не могут прийти к единому мнению о том, каков физиологический механизм «магнитного чувства». Иными словами, какие именно части организма и каким образом за него отвечают?
Навигатор в клюве
«Хотя уже очевидно, что животные используют чувствительность к магнитному полю Земли для навигации, механизм этой способности остается неясным. Используют ли они свои глаза или уши? Магнитное поле нашей планеты легко проходит сквозь тела животных, так что "сенсор" может находиться даже глубоко внутри мозга», — пояснил профессор Пирс-Шимомура.
Две гипотезы, выдвинутые в результате многочисленных экспериментов, считаются основными. Первая — наличие в некоторых частях организма магнетитов (Fe3O4), — оксидов железа, наиболее сильных магнитов среди всех когда-либо обнаруженных на Земле природных минералов. Предполагается, что при контакте с магнитным полем Земли этот минерал намагничивается, передавая сигнал, понятный мозгу животного.
В конце XX века магнетиты были обнаружены в клювах некоторых птиц, включая голубей. Ученые предположили, что эти минералы и отвечают за работу «внутреннего компаса». Однако исследования в начале XXI века многих разочаровали в этой идее. В частности, в 2005 году было показано, что магнетиты в клювах голубей не реагируют на магнитное поле Земли. А в 2012 году группе ученых из Университетского колледжа Лондона удалось продемонстрировать, что те самые клетки с магнетитами, которые ранее обнаружили в клювах голубей, являются на самом деле макрофагами, неспособными к передаче электрического сигнала. Это открытие автоматически сняло с этих клеток ответственность за магниторецепцию, значительно подорвав имидж «магнетитной» гипотезы.
Вторая гипотеза, которая стала популярной в 2000-е годы, основывается на исследованиях светочувствительного белка криптохрома, расположенного в сетчатке глаза. Криптохром участвует в регуляции суточных, или циркадных, ритмов у животных и растений. Существует два типа этого белка: первый встречается исключительно у беспозвоночных и регулирует суточные ритмы светозависимым способом; криптохром второго типа характерен также для позвоночных и, скорее всего, регулирует су