Питер Хор (Peter Hore), химик и биофизик из Оксфордского университета (Великобритания), Илья Соловьев из Университета Южной Дании (и российского Физико-технического института им. Иоффе РАН) совместно с коллегами-учеными, исследовал гипотезу о способности птиц «видеть» магнитное поле Земли. Предположительно, эта способность связана с магнито- и светочувствительным белком криптохромом, присутствующим в сетчатке глаз птиц. Он реагирует на синий и ультрафиолетовый цвета. Оказалось, что быстрые химические реакции с участием криптохрома, проходящие в мозгу птиц и вступающие во взаимодействие с магнитным полем, обеспечивают их магнитной картой, необходимой для ориентации в пространстве. Исследование было опубликовано в журнале New Journal of Physics, кратко о деталях работы сообщает пресс-релиз IOP Publishing.

Известно, что фоточувствительный криптохром — это птичий компас, а химические реакции с его участием — механизм, который заставляет этот компас исправно работать.

Камнем преткновения для ученых стал вопрос, способно ли крайне слабое магнитное поле нашей планеты вовремя и достаточно продолжительно «отвечать» тому самому механизму, который представляет собой сверхбыстрые реакции пар радикалов — магниточувствительных частиц с неспаренными электронами, происходящие в мозгу птиц, и своевременно предоставить им необходимую компасную информацию.

Дело в том, что магнитное поле призвано воздействовать на спин электронов (то есть на момент импульса, определяющий ориентацию их движения) в ходе бирадикальных реакций у птиц, и переключать криптохром в сигнальное (или неактивное) состояние, тем самым подсказывая птицам, правильный они держат путь или нет.

Чтобы ответить на поставленный вопрос, команда Хора смоделировала компьютерную модель, которая проиллюстрировала влияние магнитного взаимодействия на радикалы: каким образом и как быстро поле сдвигает спин электронов и меняет состояние радикалов.

В ходе эксперимента ученые пришли к выводу, что даже такое слабое магнитное воздействие, как у Земли, способно вовремя переключать криптохром в нужное для магниточувствительной ориентации состояние, и достаточно долго поддерживать связь с реакциями, тем самым позволяя глазному компасу считывать направление силовых линий Земли и ориентироваться по ним. 

Ученые утверждают, что дальнейшее изучение механизмов птичьего компаса, выраженного во взаимодействии криптохрома и земного магнитного поля, могут помочь созданию низкобюджетных и нетоксичных для окружающей среды электронных устройств.

Источник: Научная Россия

Большой коллектив ученых из Китая обнаружил у плодовых мушек крошечные сенсоры магнитных полей, состоящие из особых белков. Они позволяют насекомым видам ориентироваться по сторонам света. Белковые сенсоры геомагнитного поля могут быть у бабочек, крыс, китов и даже человека, пишет The Guardian со ссылкой на оригинальное исследование, опубликованное в Nature Materials.

Научное сообщество некогда отвергло гипотезу о том, что животные могут чувствовать магнитное поле Земли и по нему ориентироваться. Теперь же эта гипотеза хорошо доказана для некоторых видов животных. Было непонятно только, как именно эта способность возникает. В новом исследовании ученых под руководством профессора Цань Се (Can Xie) из Пекинского университета завеса тайны над этим явлением приоткрылась. Они провели скрининг генома плодовой мушки дрозофилы и обнаружили, что в клетках этих насекомых белок MagR вместе с криптохромными белками Cry образует своего рода стерженьки, которые выстраиваются вдоль линий магнитного поля Земли. В принципе, эти белковые кластеры чувствительны к направлению магнитных линий и интенсивности магнитного поля, считают авторы работы. По их гипотезе, любое возмущение магнитного поля улавливается белковыми сенсорами (или как их еще называют — биокомпасами) и передается клеткам, а оттуда в нервную систему.

О существовании биокомпаса заявлял ранее биолог Клаус Шультен (Klaus Schulten). Он предположил, что белки сетчатки — криптохромы — при падении на них света реагируют на квантовое поведение электронов и начинают чувствовать геомагнитное поле. Авторы нового исследования использовали эту идею, но решили, что одних криптохромов для биокомпаса недостаточно, нужен еще агент, и это — белок MagR, который содержит железо. Они смоделировали образование магниточувствительного комплекса из этих двух белков.

В серии биохимических и биофизических экспериментов ученые показали, что компас из белков MagR и Cry может образоваться у бабочек-монархов, голубей, крыс, китов-полосатиков и людей.

Это открытие выходит далеко за рамки понимания законов навигации животных по геомагнитному полю. Оно способно дать новые знания для создания технологий контроля над клетками и поведением животных с помощью магнитных полей.

Профессор Се в интервью изданию заявил, что открытый им биокомпас может служить универсальным механизмом для восприятия животными магнитного поля. Ведь чувствуют же магнитное поле Земли самые разные животные от бабочек и лобстеров до летучих мышей и птиц.

Ученые еще не знают, есть ли похожая система у людей. Чувство направления у человека очень сложное, но авторы работы считают, что восприимчивость к геомагнитному полю может играть ключевую роль в объяснении того факта, что некоторые люди действительно очень хорошо ориентируются в пространстве.

Источник: Научная Россия

Проблема геомагнитной чувствительности у птиц не даёт покоя исследователям — считается, что птицы могут ориентироваться по магнитным полям, но никто не знает, как. Чтобы чувствовать магнитное поле, нужны специальные рецепторы и нервы, которые связывали бы такие рецепторы с мозгом.

У тростниковых камышовок магнитная карта местности, по-видимому, хранится в клюве. (Фото Nigel Blake, 2 million views Thankyou!.) Сначала все думали, что эти рецепторы находятся в клюве, так как он содержит много железа, и что информация от магниточувствительного клюва передаётся по тройничному нерву. Затем, однако, по теории «магнитного клюва» был нанесён мощный удар: в одном из экспериментов у птиц перерезали тройничный нерв, но, несмотря на это, они по-прежнему чувствовали магнитные полюса. Кроме того, железо в клюве вообще объявили следствием того, что тут просто накапливаются эритроциты, и ни к каким магнитным рецепторам это железо не имеет ни малейшего отношения.

Но сторонники «магнитного клюва» не сдались — по их мнению, клюв всё равно играет какую-то роль в магнитном чувстве пернатых. И новые исследования, кажется, подтверждают это. Группа учёных из Университета Ольденбурга (Германия) вместе Зоологическим институтом РАН повторила опыт с рассечением тройничного нерва на тростниковых камышовках. Несколько десятков птиц были отловлены около Калининграда; им сделали операцию, после которой тройничный нерв переставал чувствовать клюв; затем пернатых выпустили, но проследили, куда они полетят. 

Каждую весну камышовки летят через Калининградскую область на северо-восток, в Скандинавию, где у них начинается брачный сезон. Птицы преодолевают 1 000 километров, и без ориентировки тут не обойтись — в том числе с помощью пресловутого геомагнитного чувства. Однако на сей раз пойманным пернатым пришлось продолжить путь совсем не из Калининграда — исследователи выпустили их на 1 000 км восточнее. Если птицы и запоминают силовые линии магнитного поля, то теперь они оказались в местности, где геомагнитная карта была им совершенно незнакома. 

И тут оказалось, что прооперированные камышовки забыли свою магнитную карту, ибо они всё равно продолжали лететь на северо-восток, сообщают авторы работы в веб-журнале PLoS ONE. Те, у кого нерв остался неповреждённым, двинулись на северо-запад, скорректировав маршрут в связи с «чрезвычайными обстоятельствами». 

Отсюда можно сделать вывод, что геомагнитная навигация у птиц всё-таки зависит от клюва, однако авторы вводят более тонкое различие: по их словам, от клюва (и от тройничного нерва, с клювом связанного) зависит картирование местности, запоминание магнитного ландшафта. Что же до собственно компаса, который указывал птицам, где север, где юг, то этот орган находится, скорее всего, в другом месте. 

Правда, чтобы клюв работал таким образом, у него всё равно должны быть магнитные рецепторы. И, как поясняет Дмитрий Кишкишев, один из авторов этого исследования, сейчас предстоит эти рецепторы найти. Что представляется сложной задачей, так как тройничный нерв разбегается в клюве на несколько ответвлений, и магниторецепторы могут находиться на конце любого из них. 

И тут нельзя не вспомнить другую недавнюю работу, в которой сообщалось о потенциальных магниторецепторах в птичьих ушах. Однако и в случае с ушными клетками, в которых обнаружили магниточувствительные шарики, можно говорить лишь о более-менее вероятных кандидатах на роль таких рецепторов. Так что спор о том, чем именно птицы чувствуют магнитное поле — клювом, ушами или ещё каким органом, — весьма далёк от завершения.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Феноменальная способность птиц ориентироваться на местности хорошо известна. Считается, что у них есть целый арсенал «компасов», от банального зрения до магнитного чувства. Однако даже в совокупности эти способы не могут объяснить того, как пернатые находят дорогу домой из местности, в которой они никогда не были. По мнению Джонатана Хагструма из Геологической службы США, чтобы объяснить эту способность, нужно добавить птицам ещё одно умение — ориентироваться по инфразвуку.

ГолубьИсследователи давно подозревали, что инфразвук играет свою роль в птичьей картографии, но до недавнего времени плотно этим вопросом никто не занимался. Поводом же к нынешнему исследованию послужило загадочное исчезновение стаи голубей, которые в 1997 летели через Ла-Манш в Англию. Джонатан Хагструм обратил внимание на то, что маршрут птиц совпадал с маршрутом авиалайнера «Конкорд»: самолёт преодолел звуковой барьер как раз тогда, когда голуби находились над проливом.

Длинноволновые инфразвуковые волны возникают от столкновения мощных водяных масс океана с воздухом или землёй, из-за землетрясений, а также из-за антропогенных факторов (например, сверхзвуковых самолётов). Инфразвуковые волны распространяются на большие расстояния, но процесс этот зависит от ландшафта, через который они проходят, а также от климатических особенностей вроде температуры воздуха и направления ветра. И нельзя ли поэтому предположить, что птицы могут использовать такие особенности поведения инфразвука в качестве карт местности?

Для проверки этой гипотезы г-н Хагструм собрал данные о путешествиях голубей, устраиваемых с шестидесятых годов сотрудниками Корнеллского университета (США): голубей регулярно выпускали в трёх разных местах, а потом оценивали, как быстро они возвращаются домой (если вообще возвращаются). Из года в год это были одни и те же места, но оказалось, что с одной «точкой запуска» есть постоянные проблемы: приписанные к ней голуби систематически терялись или же сильно отклонялись от прямого маршрута.

Исследователь построил модель распространения атмосферного инфразвука вблизи всех трёх стартовых точек. Оказалось, что оно соответствует маршруту птиц. И сложней всего, как Джонатан Хагструм пишет в Journal of Experimental Biology, голубям приходилось около той самой «нехорошей» точки, где ландшафт образовывал зону акустического молчания, то есть делал распространение звуковых волн невозможным. Любопытно, что в истории полётов голубей был всё же один день, когда все птицы, выпущенные из этой точки, быстро вернулись домой, но тогда сложились исключительные температурные условия, которые помогли пернатым сориентироваться по инфразвуку.

Так что птицы, похоже, действительно ориентируются по инфразвуковой карте местности. Однако, вполне возможно, в этом они не одиноки: инфразвуковым слухом обладают многие животные, в том числе жирафы, тигры, окапи, а слоны и дельфины вообще применяют инфразвук для общения — и ничто не мешает им использовать фоновый инфразвук для ориентации на местности.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Не только люди и птицы могут в своих странствиях сверять направление по звёздам. Учёные из Лундского университета (Швеция) обнаружили эту способность у существ, о которых в этом смысле можно было подумать в последнюю очередь, — у жуков-навозников. По словам исследователей, это пока единственный доказанный случай того, что насекомые способны ориентироваться по звёздам.

Жук-навозник с «кепкой» на голове, закрывающей от него небо (фото Marcus Byrne / University of the Witwatersrand)Найдя, так сказать, кучу отходов жизнедеятельности, жук скатывает навозный шарик и катит его поскорее прочь, чтобы не столкнуться с потенциальными конкурентами или хищниками. Даже если переместить жука в совершенно незнакомое окружение, его это нисколько не смутит, он всё равно будет двигаться так, чтобы максимально удалиться от навозной кучи. Ранее учёные уже выяснили, что навозники не используют ландшафтных ориентиров вроде деревьев или камней и что они ориентируются по солнцу и луне, «усваивая», по всей вероятности, поляризованный свет обоих небесных тел. О звёздах речь не шла; более того, в ранних экспериментах тех же исследователей из Лундского университета жуки теряли ориентацию, если не видели луну, хотя звёзды им были видны.

Потом, однако, стали появляться данные, что скарабеи всё-таки обращают внимание на звёзды. Чтобы окончательно выяснить этот вопрос, исследователи вместе с коллегами из Витватерсрандского университета (ЮАР) поставили следующий опыт. Жуков помещали в загон с высокими стенами, чтобы они могли наблюдать только определённый кусочек неба, или же насекомым на голову надевали особые «кепки», чтобы они вообще неба не видели. Для эксперимента выбирали лунные, безлунные и пасмурные ночи, когда и луна, и звёзды были затянуты облаками. Уверенней всего жуки чувствовали себя тогда, когда видели небо, однако исследователи продолжали сомневаться, что навозникам нужны звёзды: всё-таки зрение у жуков не настолько хорошее, чтобы различать светящиеся точки на небе.

И тогда эксперименты перенесли в планетарий. В планетарии можно было оставлять для обозрения те или иные звёзды, а остальные как бы «выключать». Как пишут исследователи в журнале Current Biology, чтобы определить, куда следует двигаться, жукам был нужен именно Млечный Путь. Если эта белая размытая полоса на ночном небе не была видна, то даже самые яркие звёзды жукам не помогали (при условии что и луны на небе тоже не было). То есть, говоря с некоторой поэтической натяжкой, жуки-навозники идут по Млечному Пути. Выходит, египтяне знали, кому поклоняться.

Одновременно стало понятно, почему в предыдущих опытах жуки игнорировали звёздное небо. Учёные экспериментировали с жуками на территории Южной Африки, и опыты проводили в октябре, когда Млечный Путь находится так близко к горизонту, что использовать его в качестве ориентира весьма затруднительно. В дальнейшем биологи хотят выяснить, какой из небесных ориентиров для скарабеев всё же предпочтительнее — луна или звёзды.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Предполагается, что многие животные способны ощущать магнитное поле земли, так например лисы прыжок на свою жертву в большинстве случаев совершают с юго-запада на северо-восток, кроты по магнитному полю ориентируются под землей, летучие мыши используют свой внутренний компас для навигации.

Подробнее...

Пчёлы, как известно, ориентируются по солнцу. А если облачно? Оказывается, они угадывают положение светила по поляризованному свету, подобно викингам!

Дети солнца (фото jon.noj)В отличие от последних, пчёлам не нужны никакие приборы. Глаза насекомых обладают специальными фоторецепторами, способными распознавать характерную картину поляризации, которая образуется при прохождении солнечного света через атмосферу.

Учёные подозревали об этом и раньше. Окончательное доказательство представил Мандьям Шринивасан из Квинслендского университета (Австралия).

Вместе с коллегами он построил простой лабиринт, состоящий из расположенных крест-накрест четырех туннелей. Около 40 пчёл научили входить в лабиринт через один коридор и выходить через другой — тот, что расположен справа. На выходе насекомых ждал кусочек сахара. Свет в обоих «правильных» туннелях был поляризован перпендикулярно длине коридора, в остальных — параллельно.

По окончании обучения сахар исчез. Тем не менее в 74% случаев пчёлы продолжали поворачивать направо. 15% летели прямо, 11% — налево, в «неправильные» коридоры.

Затем освещение изменилось: прямой путь был наполнен светом, поляризованным перпендикулярно, а правый коридор — параллельно. Большинство пчёл (56%) предпочло «неправильный» туннель из-за его «правильной» поляризации. Направо продолжали поворачивать 31%, налево — 13%.

Наконец, поляризацию переключили ещё раз: теперь «правильной» поляризацией стал обладать левый коридор. Туда устремились 51% пчёл, 14% летели прямо, а 34% остались верны правому повороту.

Результаты исследования опубликованы в журнале Philosophical Transactions of the Royal Society B.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Двигаясь с навозным шаром, скарабеи придерживаются курса, который позволяет им максимально быстро удалиться от навозной кучи. Курс движения жуки прокладывают «на глаз» и, чтобы подтвердить его правильность, время от времени «проводят рекогносцировку» с вершины собственного навозного шара.

Скарабей за работой (фото ruslou)Когда жук-скарабей находит навозную кучу, он отщипывает от неё кусочек, формирует из него шарик и катит его прочь, чтобы спрятать в укромном месте. Удаляясь от навозной кучи, жук придерживается исключительно прямого курса; это особенно удивительно, если учесть, что навозный шарик насекомое катит задними лапами, находясь в положении вниз головой. Жуку важно как можно скорее удалиться от навозной кучи, так как вблизи неё можно столкнуться с сородичами, которые предпочтут отобрать чужую «добычу», а не скатывать собственный шарик.

Как навознику удаётся при этом не сбиваться с прямого пути? Считается, что в его распоряжении находится множество «компасов»: жук может ориентироваться по солнцу, по луне, по плоскости поляризованного света, по магнитному полю Земли, наконец, по каким-то деталям ландшафта. Исследователи из Лундского университета (Швеция) и Университета Витватерсранда (ЮАР) сумели выяснить, как жук, катящий навозный шар, сверяется с выбранным курсом.

Существует давно известная особенность поведения скарабеев, когда они забираются на шар и крутятся вокруг своей оси. Древние египтяне считали, что таким образом жуки приветствуют солнце. Впоследствии энтомологи выяснили, что чаще всего жук выполняет этот странный танец ещё на навозной куче, перед тем как удалиться с шариком прочь.

Авторы работы предположили, что цель этого странного танца заключается в прокладывании курса, а периодические остановки в пути — чтобы потанцевать — нужны для подтверждения правильности выбранного направления. В статье, опубликованной в сетевом журнале PLoS ONE, энтомологи описывают простой, но элегантный эксперимент, который позволил им подтвердить эту гипотезу. Скарабей катил шарик по специальному жёлобу, и в какой-то момент учёные поворачивали этот жёлоб так, чтобы направление движения жука менялось на противоположное. Скарабей останавливался, залезал на шарик, крутился на месте, затем слезал и... начинал двигаться в противоположном направлении!

Тот же ритуал жуки выполняли, если на время утрачивали контроль над шариком или сталкивались с препятствием. Во всех случаях им требовалось подтвердить курс, чтобы ненароком не вернуться к навозной куче и не столкнуться с конкурентами.

Источник:  КОМПЬЮЛЕНТА