Одно из самых замечательных «шестых» чувств в животном мире - это магниторецепция - способность обнаруживать магнитные поля, - но как именно оно работает, остается загадкой. Теперь японские исследователи, возможно, нашли решающую часть головоломки, сделав первые наблюдения живых неизмененных клеток, реагирующих на магнитные поля.
Известно, что многие животные ориентируются, ощущая магнитное поле Земли, включая птиц, летучих мышей, угрей, китов и, согласно некоторым исследованиям, возможно, даже людей. Однако точный механизм, действующий у позвоночных, не совсем понятен. Одна из гипотез предполагает, что это результат симбиотических отношений между животными и бактериями, чувствительными к магнитному полю.
Но основная гипотеза включает химические реакции, вызываемые в клетках посредством так называемого механизма радикальной пары. По сути, если определенные молекулы возбуждаются светом, электроны могут перескакивать между ними к своим соседям. Это может создать пары молекул с одним электроном в каждой, известные как радикальная пара. Если электроны в этих молекулах имеют совпадающие спиновые состояния, они будут вступать в химические реакции медленно, а если они противоположны, реакции протекают быстрее. Поскольку магнитные поля могут влиять на спиновые состояния электронов, они могут вызывать химические реакции, изменяющие поведение животных.
В живых клетках животных с магниторецепцией белки, называемые криптохромами, считаются молекулами, которые подвергаются этому механизму радикальной пары. И теперь исследователи из Токийского университета впервые наблюдали, как криптохромы реагируют на магнитные поля.
Команда работала с клетками HeLa - лабораторной линией клеток рака шейки матки человека, которые часто используются для подобных экспериментов. Они сосредоточились на клеточных молекулах флавинов, субъединице криптохромов, флуоресцирующих в синем свете.
Анимация, показывающая, как флуоресценция клеток затухает в ответ на магнитное поле. Фото: Ikeya and Woodward, PNAS
Исследователи облучали клетки синим светом, чтобы они флуоресцировали, а затем каждые четыре секунды воздействовали на них магнитным полем. И каждый раз, когда поле проходило по ним, флуоресценция клеток падала примерно на 3,5 процента.
Команда говорит, что это затемнение свидетельствует о работе механизма радикальной пары. В основном, когда молекулы флавина возбуждаются светом, они либо образуют радикальные пары, либо флуоресцируют. Магнитное поле влияет на большее количество радикальных пар, чтобы они имели одинаковые электронные спиновые состояния, замедляя их химические реакции и уменьшая общую флуоресценцию.
«Мы ничего не изменяли и не добавляли к этим клеткам», - говорит Джонатан Вудворд, соавтор исследования. «Мы думаем, что у нас есть чрезвычайно веские доказательства того, что мы наблюдали чисто квантово-механический процесс, влияющий на химическую активность на клеточном уровне».
Команда говорит, что магнитное поле, используемое в экспериментах, было примерно таким же, как у обычного магнита на холодильник, которое намного сильнее естественного поля Земли. Но что интересно, более слабые магнитные поля на самом деле могут облегчить переключение спиновых состояний электронов в радикальных парах.
Это может означать, что механизм радикальной пары задействован у животных с магниторецепцией, но для того, чтобы это точно узнать, потребуются дальнейшие исследования.
Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Источник: New Atlas / University of Tokyo
