Sinn für Anziehung

Sinn für Anziehung

Oleg Ovechkin
"Popular Mechanics" №9, 2015

Nicht alle irdischen Organismen sind durch die Gefühle begrenzt, die dem Menschen zur Verfügung stehen. Einige von ihnen haben besondere übernatürliche Fähigkeiten – zum Beispiel können sie entsprechend dem Erdmagnetfeld im Raum orientiert sein. Lange Zeit war der Mechanismus dieses "magnetischen Gefühls" umstritten, aber 2015 könnte die Debatte beenden.

Von der Schule wissen wir, welche Art von Kraft alles Leben auf unserem Planeten vor dem tödlichen Sonnenwind schützt: Es ist das Magnetfeld der Erde, das durch die Bewegung eines flüssigen Planetenkerns erzeugt wird und gefährliche kosmische Strahlung reflektiert. Auf der Erdoberfläche ist es schwierig, einen Ort zu finden, wo man sich von diesem Feld isolieren kann. Und doch bemerken wir in unserem täglichen Leben selten seine Wirkung.

"Wir" aber ist es nur Homo sapiens. Eine Spezies, die, wie allgemein angenommen wird, nur fünf "traditionelle" Sinne besitzt: Sehen, Hören, Riechen, Berühren und Schmecken. Die Natur war nicht auf das Modell der "fünf Sinne" beschränkt. Die Evolution hat Kreaturen erschaffen, die in der Lage sind, ein vollständigeres Bild der physischen Realität als Menschen zu erfassen, und sogar solche fantastischen Arten von Gefühlen wie die Orientierung im Raum entlang des Erdmagnetfeldes in ihrem sensorischen Arsenal verwenden.Dieses Phänomen – das Gefühl eines magnetischen Feldes – wird Magnetorezeption genannt. Aber welche Organismen und zur Lösung welcher Aufgaben könnte ein nach menschlichen Maßstäben so exotisches Gefühl haben?

Magnetisch empfindliche Kreaturen

"Tiere wie Vögel und Schmetterlinge überquerten routinemäßig Kontinente, lange bevor ein Mensch ein Flugzeug erfand. Wie Piloten verlassen sich diese Tiere auf ein wichtiges Werkzeug, einen Kompass, um ein Ziel in der Nacht oder im Nebel zu erreichen", sagte Popular Mechanics Professor für Neurowissenschaften Jonathan Pierce-Shimomura von der University of Texas in Austin.

Zum ersten Mal bemerkten Wissenschaftler, dass Vögel Ende des 19. Jahrhunderts empfindlich auf das Magnetfeld der Erde reagieren. Später kam es zu zwei Weltkriegen, bei denen Posttauben aktiv zur Übermittlung wichtiger Nachrichten verwendet wurden. Während des Zweiten Weltkriegs brachten die Alliierten 16.000 Postvögel auf den europäischen Kontinent. Nur 1% der Nachrichten, die mit Tauben gesendet wurden, waren verschlüsselt – die Vögel fanden ihre Empfänger so genau, dass zusätzliche Vorsichtsmaßnahmen nicht notwendig waren.

Als der militärische Ruhm der Tauben die wissenschaftliche Gemeinschaft erreichte, wunderten sich Wissenschaftler, was diese Vögel zu so geschickten Navigatoren macht?

Die folgenden Jahrzehnte wurden damit verbracht, dieses Phänomen zu bestätigen und zu erklären. Welche Fähigkeiten haben die Tauben gefunden: die Fähigkeit, die ultraleichten Frequenzen zu "hören", das Ultraviolette zu sehen, sich an den Sternen und der Sonne zu orientieren. Doch selbst diese beeindruckende Liste war nicht genug, um die Fähigkeit von Tauben und anderen Vögeln zu erklären, sich im Weltraum zu orientieren und ihren Standort in Bezug auf das bedingte Nest zu bestimmen.

Erst Mitte der 1960er Jahre wurde Staub von der Hypothese der Magnetsensitivität abgeschüttelt, und die Ansichten dieser Zeit wurden in Frage gestellt (damals glaubte jeder, dass Vögel hauptsächlich für die Orientierung der Sterne und der Sonne verwendet wurden). Zunächst bemerkte der deutsche Wissenschaftler Hans Fromm, dass die Vögel selbst in einem isolierten Raum, in dem Sonne und Sterne nicht sichtbar waren, ihre Orientierungsfähigkeit nicht verloren haben. Fromm schlug vor, dass der Fall in einem Magnetfeld, aber weitere Experimente mit der Platzierung von Vögeln in künstlichen Magnetfeldern ergab keine signifikanten Ergebnisse.

Dann beschloss Wolfgang Viltshko, ebenfalls aus Deutschland, sein eigenes Experiment durchzuführen, um zu überprüfen, ob die Ursache für das Phänomen die Empfindlichkeit der Vögel gegenüber Radioemissionen ist.Wiltshko benutzte den gleichen Stahlraum wie Fromm: ein Gerät, das die Bedingungen des Weltraums simulierte und das Magnetfeld der Erde teilweise abschirmte. Er hielt die Aufladevögel in diesem Raum viel länger als Fromm. Drei Tage später, zu seiner Überraschung, entdeckte der Wissenschaftler, dass die Vögel erfolgreich gelernt hatten, entlang der Linien des schwachen Magnetfeldes zu navigieren, in dem sie sich befanden. Dies war das erste Experiment, das die Magnetorezeption bei Tieren zuverlässig demonstrierte.

Es stellte sich heraus, dass Fromm die Vögel in zu starken Magnetfeldern hielt, die für ihre Wahrnehmung unzugänglich waren. Wiltshko verwendete auch schwache Magnetfelder, und die Ergebnisse wurden wiederholt. In einem Artikel von 1966 fasste der Wissenschaftler zusammen: "Staudämme sind nicht orientiert, wenn man sie in einem sehr schwachen Magnetfeld hält. Wenn man sie jedoch länger als drei Tage in einem solchen Feld hält, kann man sich neu ausrichten. Und wenn man dann die horizontale Komponente dieses schwachen Magnetfelds ändert Im Norden werden die Vögel diese Veränderungen berücksichtigen. "

Später, im Jahr 1972, erschien der Begriff "Magnetorezeption" selbst. Neue Forschungsnische zog viele Wissenschaftler anund bis zum Jahr 2015 konnten sie ihre Magnetorezeptionsfähigkeit in Bakterien (die sogenannten magnetotaktischen), Haushühnern, Säugetieren wie der Europäischen Waldmaus und dem Sambian Digger, sowie in einigen Arten von Fledermäusen, Füchsen und Rehen nachweisen.

Braunes Leder aus der Gattung der schlanken Fledermäuse wird durch das Magnetfeld der Erde im Flug geführt. Magnetorezeptionsfähigkeiten wurden auch bei anderen Säugetieren gefunden, einschließlich Mäusen, Maulwürfen und sogar Rehen.

Trotz der offensichtlichen Fortschritte bei der Erforschung der Magnetorezeption können sich die Wissenschaftler immer noch nicht auf die Antwort auf eine Schlüsselfrage einigen: Was ist der physiologische Mechanismus des "magnetischen Sinnes"? Mit anderen Worten, genau welche Teile des Körpers und wie sind sie dafür verantwortlich?

Navigator im Schnabel

"Obwohl es bereits klar ist, dass Tiere die Empfindlichkeit gegenüber dem Magnetfeld der Erde nutzen, um im Weltraum zu navigieren, bleibt der Mechanismus dieser Fähigkeit unklar. Verwenden sie ihre Augen oder Ohren? Das Magnetfeld unseres Planeten passiert leicht Tierkörper, so dass der" Sensor "sogar sein kann tief im Gehirn ", sagte Professor Pierce-Shimomura.

Zwei Hypothesen, die sich aus zahlreichen Experimenten ergeben, gelten als grundlegend. Die erste ist die Anwesenheit von Magnetiten in einigen Teilen des Körpers (Fe3O4), – Eisenoxide, die stärksten Magneten unter allen natürlichen Mineralien, die jemals auf der Erde entdeckt wurden. Es wird angenommen, dass dieses Mineral bei Kontakt mit dem Erdmagnetfeld magnetisiert, während es ein Signal überträgt, das für das Gehirn des Tieres verständlich ist.

Am Ende des 20. Jahrhunderts wurden im Schnabel einiger Vögel, einschließlich Tauben, Magnetite gefunden. Wissenschaftler haben vorgeschlagen, dass diese Mineralien für die Arbeit des "inneren Kompasses" verantwortlich sind. Aber zu Beginn des 21. Jahrhunderts waren viele gezwungen, diese Idee aufzugeben. Insbesondere erschien 2005 eine Arbeit, in der gezeigt wurde, dass die Magnetite in den Schnäbeln von Tauben nicht auf das Erdmagnetfeld reagieren. Im Jahr 2012 konnte eine Gruppe von Wissenschaftlern des University College London nachweisen, dass genau die Zellen mit Magnetit, die zuvor im Schnabel von Tauben gefunden wurden, tatsächlich Makrophagen sind, die kein elektrisches Signal übertragen können. Die Entdeckung beraubte diese Zellen automatisch der Verantwortung für die Magnetorezeption, was das Bild der "Magnetit" -Hypothese deutlich schädigte.

Die zweite Hypothese, die bereits in den 2000er Jahren an Popularität gewann, basiert auf Untersuchungen des lichtempfindlichen (zum blauen Teil des Spektrums) Proteins von Cryptochrom, das sich in der Netzhaut des Auges befindet.Cryptochrom ist an der Regulierung von Tages- oder Tagesrhythmen bei Tieren und Pflanzen beteiligt. Darüber hinaus gibt es zwei Arten dieses Proteins: Das erste kommt ausschließlich in Invertebraten vor und reguliert die Tagesrhythmen lichtabhängig. Kryptochrom des zweiten Typs ist auch für Wirbeltiere charakteristisch und reguliert am wahrscheinlichsten den Tagesrhythmus unabhängig vom Licht.

Nach den Ergebnissen von Experimenten, die durchgeführt wurden, um die Rolle von Cryptochrom im Mechanismus der Magnetorezeption zu klären, können beide Proteinarten möglicherweise an der Bildung des "magnetischen Sinns" beteiligt sein. Eine der bekanntesten und anschaulichsten Forschungen in diesem Bereich wurde 2008 von einer Gruppe der Universität von Massachusetts durchgeführt. Drosophila-Fliegen wurden in ein spezielles beleuchtetes Labyrinth gebracht, wo sie in der Nähe der Quelle des elektromagnetischen Feldes gefüttert wurden. Im Verlauf des Experiments konnten die Fliegen den Weg zu ihrem Trog nicht finden, nachdem die Wissenschaftler ihr Kryptochrom "ausgeschaltet" hatten, indem sie den blauen Bereich und das Ultraviolett im Beleuchtungsspektrum des Labyrinths blockierten. Als das Cryptochrom "angeschaltet" wurde, konnten Insekten wieder leicht einen Feeder-Magneten finden.

Diese Ergebnisse erlaubten den Wissenschaftlern anzunehmen, dass Cryptochrom noch immer eine gewisse Rolle bei der Bildung des "magnetischen Sinnes" bei Tieren spielt.Physiologisch können spezielle chemische Reaktionen, sogenannte Radikalpaare, für eine solche Funktion verantwortlich sein: Wenn sie Licht einer bestimmten Wellenlänge ausgesetzt werden, können zwei Teile eines Moleküls (oder nur eng benachbarte Moleküle) eine Kaskadenreaktion auslösen, die in ein Signal für eine Zelle mit diesem Molekül umgewandelt wird. Die Zelle ist wiederum in der Lage, dieses Signal an das Gehirn zu übertragen. Diesem Mechanismus liegt wahrscheinlich die Beteiligung von Cryptochrom im Magnetorezeptionsprozess zugrunde.

Antenne von Neuronen

17. Juni 2015 auf der Website des Magazins eLife Ein Artikel wurde veröffentlicht, der dem Bereich der Magnetorezeption neues Leben einhauchte. Zum ersten Mal gelang es Wissenschaftlern, Neuronen zu finden, die empfindlich auf das Magnetfeld der Erde reagieren, und zu beweisen, dass sie für die Arbeit des "magnetischen Sinns" eines Tieres verantwortlich sind – in diesem Fall Nematoden im Wurm C. elegans.

Sterne aus der Welt der Würmer
Im Gegensatz zu vielen Spulwürmern (Nematoden) parasitiert Caenorhabditis elegans nicht, sondern lebt "in Freiheit". C. elegans ist der erste vielzellige Organismus, dessen Genom vollständig sequenziert wurde. Diese Nematoden haben zwei Geschlechter: Männchen und Hermaphroditen ") Sterne aus der Welt der Würmer
Im Gegensatz zu vielen Spulwürmern (Nematoden) parasitiert Caenorhabditis elegans nicht, sondern lebt "in Freiheit". C. elegans ist der erste vielzellige Organismus, dessen Genom vollständig sequenziert wurde. Diese Nematoden haben zwei Geschlechter: Männchen und Hermaphroditen "Grenze = 0> Sterne aus der Welt der Würmer
Im Gegensatz zu vielen Rundwürmern (Nematoden), Caenorhabditis elegans Es parasitiert nicht, sondern lebt "in Freiheit". C. elegans – Dies ist der erste vielzellige Organismus, dessen Genom vollständig sequenziert wurde. Diese Nematoden haben zwei Geschlechter: Männchen und Hermaphroditen

Unser Berater, Professor Pierce-Shimomura, einer der Autoren dieser Studie, beschrieb, wie das Team seines wissenschaftlichen Labors diese Entdeckung machen konnte. Nematode C. elegans Es war kein Zufall, dass sie ausgewählt wurden: Früher fanden sie bei der Untersuchung von Würmern dieses Typs Moleküle, die für Geruch und Berührung verantwortlich sind, was, wie sich herausstellte, auch von anderen Tieren, einschließlich Menschen, verwendet wird.

Laborpersonal hat das bemerkt C. elegans Beim Bewegen neigt aus irgendeinem Grund der Magnet zum Kühlschrank. Um herauszufinden, ob dies irgendwie mit der Magnetorezeption zusammenhängt, entschieden sich die Wissenschaftler zu überprüfen, wie sich die Würmer unter Bedingungen von dynamischen Magnetfeldern bewegen würden. Die Würmer wurden in eine spezielle Röhre geworfen, um die künstlich erzeugte Magnetfelder erzeugt wurden.Wenn das Rohr in Übereinstimmung mit den magnetischen Polen ausgerichtet war (zum Beispiel Nord-Süd, West-Ost), krabbelten die Nematoden zufällig durch das Rohr. Unter den Bedingungen der vertikalen Ausrichtung des Rohres begannen die Würmer ständig nach unten zu kriechen.

"Das Gefühl der Unterseite der Würmer vom Magnetfeld der Erde erhalten, denn wenn wir das Magnetfeld um die Röhre künstlich verändert haben, begannen die Nematoden zu kriechen", – sagte der Professor. Das Verhalten von Nematoden stimmt völlig mit der Art und Weise überein, wie diese Würmer gewöhnlich in der südlichen Hemisphäre wandern, wo das Magnetfeld nach oben gerichtet ist. Um zu bestimmen, wie C. elegans fühlen das Magnetfeld der Erde, haben Wissenschaftler Punkt-zu-Punkt eine Reihe von sensorischen Neuronen des Wurms mit Hilfe von speziellen Mutationen zerstört. Die Schädigung eines Satzes solcher sensorischer Neuronen, die als AFD-Neuronen bezeichnet werden, führte dazu, dass die Würmer nicht mehr magnetisch orientiert werden konnten und die vertikale Bewegung gestoppt wurde.

Die Wissenschaftler entdeckten dann, dass AFD-Neuronen durch Magnetfelder aktiviert werden können. Die entsprechende Neuronenantwort wurde sogar nach der Zerstörung ihrer synaptischen Verbindungen erhalten. Dies bewies, dass AFD-Neuronen selbst magnetisch empfindlich sind.

"AFD-Neuronen an ihren Enden haben eine beeindruckende Antennenstruktur,das kann wie ein Kompass von Nano-Skala funktionieren und sich in Übereinstimmung mit dem Magnetfeld der Erde biegen ", – erklärte der Professor.

Laut dem Wissenschaftler, weitere Studien von Molekülen, die Magnetsensitivität bereitstellen C. elegans, kann zur Entdeckung ähnlicher versteckter Moleküle in anderen Tieren, z. B. Vögeln und Schmetterlingen, führen.

Daher vertiefte die perfekte Entdeckung nicht nur unser Verständnis des Phänomens der Magnetorezeption bei Tieren, sondern brachte uns vielleicht auch einer vollständigen Beschreibung des physiologischen Mechanismus dieser erstaunlichen Fähigkeit näher.


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