Микроскопические волоски животных могут действовать как чувствительные стрелки компаса

Статистическая механика показывает, что некоторые животные могут воспринимать магнитное поле Земли с помощью пучков микроскопических волосков во внутреннем ухе.

Точные механизмы, которые животные используют для определения направления магнитного поля Земли, долгое время оставались загадкой. Одна из ведущих теорий предполагает, что эта способность связана с пучками микроскопических волосковых клеток во внутреннем ухе. В новом исследовании, опубликованном в The European Physical Journal Special Topics, Кирилл Ковакин из Санкт-Петербургского государственного университета (Россия) с помощью статистического анализа показывает, что всего около 100 таких волосковых клеток могут действовать как эффективные биологические стрелки компаса, позволяя животным точно ощущать окружающее их магнитное поле.

Эта уникальная способность, названная «магниторецепцией», обнаружена у широкого спектра видов позвоночных: от перелетных птиц до роющих грызунов. Было предложено несколько механизмов для объяснения этой способности, но, несмотря на более чем 50 лет исследований, ни один из них еще не был окончательно обнаружен в природе.

Одна из ведущих теорий основана на пучках волосковых клеток во внутреннем ухе, называемых «стереоцилиями». Согласно этой идее, стереоцилии прикреплены к нанокристаллам магнетита — железосодержащего минерала, который может намагничиваться, выравниваясь с магнитным полем Земли. При изменении ориентации животного магнетит вызывает изменения в ориентации прикрепленных к нему стереоцилий. Эти изменения затем могут быть уловлены механорецепторами — нервными клетками, способными обнаруживать механическое давление, — что дает животному физическое ощущение магнитного поля. Однако до сих пор неясно, достаточно ли чувствительны эти нервные клетки, чтобы обнаружить такие тонкие изменения.

Чтобы глубже изучить эту идею, Ковакин исследовал флуктуации стереоцилий в рамках статистической механики, которая применяет математический язык статистики к большим группам микроскопических объектов.

С помощью своего анализа Ковакин показал, что пучки стереоцилий действительно могут действовать как высокочувствительные стрелки компаса, и для того, чтобы механорецепторы уловили их флуктуации, требуется всего около 100 волосковых клеток. Этот интригующий результат может приблизить биологов к пониманию происхождения магниторецепции и, наконец, к идентификации ответственных за нее механизмов в природе.