Исследователи из Оксфордского и Ольденбургского университетов воспроизвели в лаборатории механизм магниторецепции у перелетных птиц. Своим открытием они поделились в журнале Nature.
Магниторецепция — это способность организмов ощущать магнитное поле Земли, которая помогает им ориентироваться на местности. Когда-то гипотеза о том, что животные воспринимают геомагнитное поле, казалась нереальной и физикам, и биологам. И это неудивительно — напряженность магнитного поля Земли значительно меньше, чем у обычного магнитика на холодильнике. С тех пор, спустя более полувека, уже доказано, что магниторецепцией обладают некоторые бактерии и многие животные. Среди них пчелы, бабочки монарх, черепахи, летучие мыши и, конечно, же птицы — им, путешествующим на дальние расстояния, особенно важно иметь что-то вроде встроенного компаса, который всегда подскажет дорогу.
Магниторецепции посвящено множество исследований, но их результаты порой противоречивы. Одной из основных теорий, объясняющей этот механизм у птиц, считается модель радикальных пар. Предполагается, что птицы могут использовать в качестве магниторецеторов светочувствительные белки криптохромы. Криптохромы содержат флавиновый кофактор (FADH) и три остатка триптофана.
Под действием света электроны между триптофанами и флавином перераспределяются, из-за чего образуется устойчивые радикальные пары — именно они, как предполагается, и чувствительны к магнитному полю. В зависимости от своей формы они выделяют немного разные продукты реакции. Если птица меняет направление, то меняется и химический отклик. Продукты этих реакций воздействуют на нейроны головного мозга, но молекулярные механизмы передачи сигнала пока плохо изучены.
В июне этого года исследователи из Оксфордского и Ольденбургского университетов приблизилась к разгадке природы магниторецепции. Методами генной инженерии ученые создали рекомбинатный криптохром 4 (CRY4) — белок, который содержится в колбочках сетчатки зарянки (малиновка, Erithacus rubecula), небольшой мигрирующей птички отряда воробьинообразных.
Также исследователи получили рекомбинантные белки двух не мигрирующих птиц: курицы (Gallus gallus) и голубя (Columba livia).
Затем с помощью магнитно-резонансных и оптических методов ученые проанализировали роль криптохрома в магниторецепции и экспериментально продемонстрировали, как электроны движутся в нем. Также они выявили, что криптохром путешественницы-малиновки значительно более чувствителен к магнитным полям, чем белки домоседов — куриц и голубей.
Авторы исследования отмечают, что это первые результаты, которые экспериментально подтверждают, что белок из сетчатки перелетной птицы чувствителен к магнитным полям. Но важно отметить, что ученые исследовали изолированные белки и применяли магнитные поля сильнее, чем магнитное поле Земли.
«Теперь важно показать, как это происходит в глазах птиц», — подчеркивают исследователи.
Такие эксперименты пока технически невозможны. Тем не менее авторы считают, что выявленные белки могут быть более чувствительными в своей естественной среде. В клетках сетчатки они, вероятно, закреплены и выровнены, что увеличивает их чувствительность к направлению магнитного поля.
Текст: Вера Васильева