Magnetocepce

Magnetocepce (nebo magnetorecepce) je schopnost detekovat magnetické pole. Tento smysl hraje roli v magnetické orientaci a navigačních schopnostech několika živočišných druhů a byl postulován jako metoda pro zvířata, aby si vytvořila regionální mapy a vnímala směr, nadmořskou výšku nebo polohu.

Magnetocepce je nejčastěji pozorována u ptáků, kde je snímání zemského magnetického pole důležité pro navigační schopnosti při migraci; byla také pozorována u mnoha dalších živočichů včetně octomilek, včel a želv, bakterií a hub, stejně jako humrů, žraloků a rejnoků.

Tento jev je špatně pochopen a existují dvě hlavní hypotézy, které vysvětlují magnetocepci.

U holubů a dalších ptáků vědci identifikovali malou silně innervovanou oblast horního zobáku, která obsahuje biologický magnetit a předpokládá se, že se podílí na magnetocepci.

Byly také nalezeny důkazy, že na světlo citlivá molekula kryptochrom ve fotoreceptorových buňkách očí se podílí na magnetocepci.
Podle jednoho modelu se kryptochrom při vystavení modrému světlu aktivuje a vytvoří dvojici dvou radikálů (molekuly s jedním nespárovaným elektronem), kde spiny dvou nespárovaných elektronů korelují. Okolní magnetické pole ovlivňuje druh této korelace (paralelní nebo antiparalelní), a to zase ovlivňuje dobu, po kterou kryptochrom zůstává v aktivovaném stavu. Aktivace kryptochromu může ovlivnit citlivost na světlo sítnicových neuronů, s celkovým výsledkem, že pták může magnetické pole „vidět“. Kryptochromy jsou také nezbytné pro schopnost octomilky Drosophila melanogaster vnímat magnetická pole závislá na světle.

Předpokládá se, že ptáci používají přístup založený na magnetitu i na radikálním páru, „přičemž mechanismus radikálního páru v pravém oku poskytuje směrovou informaci a mechanismus založený na magnetitu v horním zobáku poskytuje informaci o poloze jako součást ‚mapy’“.

Existují však dva typy magnetických snímacích mechanismů, které byly objeveny. Prvním z nich je metoda indukčního snímání používaná žraloky, rejnoci a chimaerami (chrupavčitými rybami). Tyto druhy mají unikátní elektrocitlivý orgán známý jako Lorenziniho ampule, který dokáže detekovat mírné kolísání elektrického potenciálu. Tyto orgány se skládají z hlenem naplněných kanálků, které se spojují z kožních pórů do malých váčků v mase zvířete, které jsou také naplněny hlenem. Metoda snímání těchto orgánů je založena na Faradayově zákonu; časově proměnlivé magnetické pole pohybující se vodičem indukuje elektrický potenciál přes konce induktoru. V tomto případě je vodičem pohyb magnetickým polem a indukovaný potenciál závisí na časově proměnlivé rychlosti proudění vodičem podle

Tyto orgány detekují velmi malé fluktuace potenciálního rozdílu mezi póry a bází vaku elektroreceptorů. Zvýšení potenciálu má za následek snížení rychlosti nervové aktivity a snížení potenciálu má za následek zvýšení rychlosti nervové aktivity. To je analogické k chování vodiče přenášejícího proud; při odporu pevného kanálu by zvýšení potenciálu snížilo množství detekovaného proudu a naopak. Tyto receptory jsou umístěny podél tlamy a nosu žraloků a rejnoků.

Druhá známá metoda magnetického snímání, neboli magnetocepce, se nachází ve třídě bakterií známých jako magnetotaktické bakterie. Tyto bakterie vykazují fenomenální behaviorismus známý jako magnetotaxis, při kterém se bakterie orientují a migrují ve směru podél zemských magnetických siločar. Bakterie se skládají z magnetozomů, což jsou jednotlivé minerály magnetitu uzavřené v buňkách bakterií. Každá buňka bakterie v podstatě působí jako magnetický dipól. Tvoří se v řetězcích, kde se momenty každého magnetozomu vyrovnávají paralelně, což dává bakterii její permanentní magnetové vlastnosti. Tyto řetězce se tvoří symetricky, aby se zachovala krystalická struktura buněk. Tyto bakterie mají údajně permanentní magnetickou citlivost.

Lidé mají magnetitové usazeniny v kostech nosu, konkrétně ve sfenoidních/ethmoidních dutinách. Počátkem sedmdesátých let začala skupina Robina Bakera na univerzitě v Manchesteru provádět experimenty, které měly u lidí vykazovat magnetocepci: lidé byli dezorientovaní a pak se ptali na určité směry; jejich odpovědi byly přesnější, pokud na jejich hlavě nebyl připevněn magnet. Tyto výsledky nemohly být reprodukovány jinými skupinami a důkazy zůstávají nejednoznačné. Nedávno byly předloženy další důkazy pro lidskou magnetocepci: nízkofrekvenční magnetická pole mohou vyvolat evokovanou odezvu v mozku lidských subjektů.

U včel bylo pozorováno, že magnetit je usazen přes buněčnou membránu malé skupiny neuronů; předpokládá se, že když se magnetit vyrovná s magnetickým polem Země, indukce způsobí průnik proudu přes membránu, který depolarizuje buňku.

Předpokládá se, že krokodýli mají magnetocepci, která jim umožňuje najít jejich rodnou oblast i po přesunu stovky kilometrů daleko. Někteří byli připoutáni magnety, aby je dezorientovali a udrželi mimo obytné oblasti.

V roce 2008 výzkumný tým vedený Hynkem Burdou pomocí Google Earth náhodně zjistil, že magnetická pole ovlivňují orientaci těla krav a jelenů během pastvy nebo odpočinku. V následné studii v roce 2009 Burda a Sabine Begallovi zjistili, že magnetická pole generovaná elektrickým vedením narušují orientaci krav z magnetického pole Země.

Některé typy bakterií (magnetotaktické bakterie) a plísní jsou také známé tím, že vnímají směr magnetického toku; mají organely známé jako magnetozomy obsahující magnetické krystaly pro tento účel.

Některé stěhovavé druhy ptáků, konkrétně červenky evropské, vykazovaly behaviorální důkazy o tom, že mají magnetický inklinační kompas. To bylo poprvé zjištěno neobvyklým chováním ptáků v zajetí během jejich přirozených migračních období. Ptáci měli tendenci se umisťovat v místě uvnitř své klece, které odpovídalo směru jejich instinktivní migrační dráhy. Byly prováděny experimenty, při kterých byla orientace zemského pole zkreslena aplikovaným vnějším polem. Aplikované pole bylo řízeno tak, že pouze horizontální nebo vertikální složka zemského pole byla obrácena (aplikováním pole dvakrát silnějšího a opačného ve směru). Intenzita a úhel sklonu aplikovaného pole byly udržovány stejné jako přirozené zemské pole měřené v místě experimentu. Bylo zjištěno, že Robinové jsou citliví jak na vodorovnou, tak na svislou složku zemského pole; obrácení jedné nebo druhé složky (jednotlivě) mělo za následek dezorientaci ptáků. Nicméně, když byly obě složky obráceny současně, ekvivalent změny magnetické polarity země, neměl žádný vliv na jejich orientaci. Robinové tak mohou určit, zda letí směrem k pólu nebo k rovníku na základě úhlu sklonu zemského pole vzhledem k jejich normálnímu [k zemi], nebo svislému směru. Nemohou však určit rozdíl v magnetické polaritě přítomného pole. To vysvětluje základ pro pojmenování jejich metody snímání kompasem sklonu oproti standardnímu kompasu, na který jsme zvyklí.

U humrů trnitých bylo prokázáno, že mají magnetický polaritní kompas. Jsou citliví pouze na horizontální složku magnetického pole a vertikální složka nemá žádný vliv na jejich chování. Díky tomu, že vnímají pouze horizontální složku, mohou vnímat polaritu magnetického pole. To je opak účinku inklinačního kompasu, který se vyskytuje u ptáků, kde zpětný chod vertikální nebo horizontální složky byl stejně účinný při jejich dezorientaci.

Některé druhy mořských želv využily zemské magnetické pole pro směrovou orientaci. Mořské želvy Loggerhead a Leatherback byly studovány a vykazují orientační schopnosti založené jak na světelných stopách, tak na okolním magnetickém poli.