Учёные обнаружили первый сенсор магнитного поля Земли у животного
Команда учёных и инженеров из Техасского университета в Остине идентифицировала первый сенсор магнитного поля Земли у животного. Его нашли в мозге крошечного червя C. elegans, что стало важной подсказкой в разгадке давней тайны о работе внутреннего компаса животных.
Такие разные животные, как перелётные гуси, морские черепахи и волки, используют для навигации магнитное поле Земли. Но до сих пор никто не мог точно определить, как именно они это делают. Сенсор, обнаруженный у червей, представляет собой микроскопическую структуру на конце нейрона. Учитывая сходство строения мозга у разных видов, другие животные, вероятно, обладают аналогичным сенсором. Он похож на наноразмерную телеантенну, и черви используют его для навигации под землёй.
«Скорее всего, те же молекулы будут использоваться и более симпатичными животными, такими как бабочки и птицы. Это даёт нам первую точку опоры для понимания магниторецепции у других животных», — сказал Джон Пирс-Шимоура, доцент нейробиологии.
Исследователи обнаружили, что голодные черви в пробирках, заполненных гелем, как правило, двигаются вниз — возможно, это стратегия поиска пищи.
Когда в лабораторию доставили червей из других частей мира (Гавайи, Англия, Австралия), они двигались не все вниз. В зависимости от места происхождения черви двигались под строго определённым углом к магнитному полю, который соответствовал направлению «вниз» у них на родине. Например, австралийские черви в пробирках двигались вверх. Ориентация магнитного поля различается в разных точках Земли, и сенсорная система каждого червя точно настроена на свою локальную среду, позволяя отличать верх от низа.
Исследование опубликовано в журнале eLife.
Ведущий автор работы — Андрес Видаль-Гадеа, бывший постдок в UT Austin, ныне сотрудник Университета штата Иллинойс. Он отметил, что C. elegans — лишь один из множества видов, живущих в почве, многие из которых известны вертикальными миграциями.
«Меня завораживает перспектива того, что магнитная рецепция может быть широко распространена среди почвенных организмов», — сказал Видаль-Гадеа.
Нейробиологи и инженеры, использующие C. elegans в исследованиях болезни Альцгеймера и зависимости, ранее открыли способность червей чувствовать влажность. Это заставило их задаться вопросом, что ещё могут чувствовать черви, например, магнитные поля.
В 2012 году учёные из Медицинского колледжа Бейлора обнаружили у голубей клетки мозга, обрабатывающие информацию о магнитных полях, но не нашли, какая часть тела их чувствует. Эта и другие команды предполагали наличие магнитосенсора во внутреннем ухе птиц.
«Это была конкурентная гонка за обнаружение первого магнитосенсорного нейрона. И мы думаем, что выиграли её с червями, что стало большим сюрпризом, поскольку никто не подозревал, что черви могут чувствовать магнитное поле Земли», — сказал Пирс-Шимоура.
Нейрон, обладающий сенсором магнитного поля, называется AFD-нейроном. Ранее было известно, что он чувствует уровень CO2 и температуру.
Способность червей к магниторецепции обнаружили, изменяя магнитное поле вокруг них с помощью специальной системы магнитных катушек и наблюдая за изменениями в поведении. Также показали, что генетически модифицированные черви со «сломанным» AFD-нейроном не ориентировались вверх-вниз, как нормальные особи. Наконец, с помощью метода кальциевой визуализации (calcium imaging) доказали, что изменения магнитного поля активируют AFD-нейрон.