Магнитное чувство животных может быть более распространено, чем считалось
Исследование на плодовых мушках, проведенное учеными из Манчестерского и Лестерского университетов при поддержке Национальной физической лаборатории Великобритании, показало, что способность животных чувствовать магнитное поле может быть гораздо более распространенной, чем предполагалось ранее.
Работа, опубликованная в Nature, значительно углубляет понимание того, как животные ощущают и реагируют на магнитные поля в окружающей среде. Это новое знание также может позволить разработать новые измерительные инструменты, в которых активность биологических клеток — потенциально даже человеческих — можно будет избирательно стимулировать с помощью магнитных полей.
Команда впервые продемонстрировала, что молекула флавинадениндинуклеотид (FAD), присутствующая во всех живых клетках, в достаточном количестве может придавать биологической системе магнитную чувствительность.
Уже известно, что такие виды, как бабочка-монарх, голубь, черепаха и другие животные, используют магнитное поле Земли для навигации на больших расстояниях. Однако новое открытие предполагает, что биологические молекулы, необходимые для ощущения магнитных полей, присутствуют — в большей или меньшей степени — у всех живых существ.
Ключевые механизмы и открытия
- Модельный организм: Для манипуляции экспрессией генов исследователи использовали плодовую мушку (Drosophila melanogaster), чья нервная система работает по тем же принципам, что и у человека.
- Сложность магниторецепции: Обнаружить это «шестое чувство» сложнее, чем пять основных, потому что магнитное поле несет очень мало энергии по сравнению со светом или звуком.
- Роль криптохрома: Природа использует квантовую физику и светочувствительный белок криптохром. Поглощение света криптохромом приводит к движению электрона, что создает активную форму белка, существующую в одном из двух состояний. Магнитное поле влияет на соотношение этих состояний, что, в свою очередь, влияет на «время жизни» активной формы белка.
- Новое понимание: Самым поразительным открытием, противоречащим текущему пониманию, стало то, что клетки продолжают «чувствовать» магнитные поля, даже когда присутствует лишь очень маленький фрагмент криптохрома. Это показывает, что клетки могут, по крайней мере в лаборатории, ощущать магнитные поля другими способами.
- Альтернативный путь: Ученые определили возможный «другой способ», показав, что FAD — основная молекула, присутствующая во всех клетках, — в высоких концентрациях может обеспечивать магнитную чувствительность даже при полном отсутствии криптохрома. FAD является световым сенсором, который в норме связывается с криптохромами для обеспечения магниточувствительности.
Значение исследования
- Понимание молекулярных механизмов магниторецепции позволяет лучше оценить, как факторы окружающей среды (например, электромагнитные помехи от телекоммуникаций) могут влиять на животных, полагающихся на магнитное чувство для выживания.
- Эффекты магнитного поля на FAD в отсутствие криптохрома дают ключ к пониманию эволюционных истоков магниторецепции: вероятно, криптохром эволюционировал, чтобы использовать магнитные эффекты на этот повсеместный и биологически древний метаболит.
- Исследование может в конечном итоге позволить лучше оценить потенциальное воздействие магнитных полей на человека.
- Поскольку FAD и другие компоненты этих молекулярных машин содержатся во многих клетках, новое понимание может открыть новые пути для исследований по использованию магнитных полей для манипуляции активацией целевых генов. Это считается «святым Граалем» как экспериментальный инструмент и, возможно, в будущем — для клинического применения.