Živočichové s magnety v hlavě: magnetická indukce, kvantová biochimie a nanokrystaly magnetitu pro orientaci
Ryby, ptáci, plazi, obojživelníci a dokonce i někteří savci se orientují díky zemskému magnetickému poli. „Existují náznaky, ale mechanismus přesně není znám,“ říká odborník.
Alpské čolky se rodí a žijí jako larvy v tůních, rybnících nebo potocích. Po metamorfóze a jako mladí opouštějí vodu a tráví téměř celý rok v hustých lesích vlhké Evropy. Ale když přijde čas na páření, vracejí se do stejné tůně, kde se narodili. Aby vyhodnotili jejich smysl pro orientaci, vzdálili několik jedinců až 42 kilometrů od jejich tůňky. A úspěšně mířili přímo zpět domů, bez problémů, přičemž mají pouhých 12 centimetrů. Stejně jako mnozí další živočichové, tito obojživelníci vnímají zemské magnetické pole, které jim slouží jako kompas a GPS pro orientaci na Zemi a návrat domů. Ale lidé teprve začínají chápat tuto super schopnost.
„Zemské magnetické pole prostupuje nás všechny,“ připomíná Francisco Javier Diego-Rasilla z Španělské herpetologické asociace, který pracuje v Národním muzeu přírodních věd. „Ale smysl pro magnetismus, na rozdíl od ostatních smyslů, je nejvíce elusive,“ dodává. Je známo, že obojživelníci, jako jsou čolci a žáby, vnímají magnetismus planety. Bylo také zdokumentováno u alespoň 20 druhů ptáků, a to nejen ve vzdušných migracích. Mezi rybami, mantami a žraloky se orientují díky magnetické polaritě. U plazů se předpokládá, že mořské želvy se vracejí na pláže, kde se narodily, protože si v mozku ukládají mentální mapu s koordinátami.
Ani někteří savci, zejména netopýři a hryzci, se opírají o magnetismus, aby létali v noci nebo se pohybovali pod zemí v úplné tmě.
Je jedna věc vědět, že mnoho živočichů má tento smysl pro magnetismus, a druhá je lokalizovat jejich mechanismus. Dosud nebyl nalezen specifický orgán pro vnímání magnetického pole, jako je nos nebo ruce pro čich nebo hmat. V sítnici migrujících ptáků byly identifikovány proteiny, kryptochromy, citlivé na modré světlo: jsou prvním krokem složitého mechanismu orientace založeného na kvantové fyzice. Předpokládá se, že mořské želvy mají v těle částice magnetitu, magnetického minerálu, které generují interně. Obojživelníci mají uvnitř hlavy klíčovou žlázu pro svou orientaci.
„Musíš vědět, kam jdeš, ale také kde se nacházíš,“ komentuje Diego-Rasilla. To znamená, že nestačí mít kompas, který ukazuje na sever, abys se orientoval. Také potřebuješ mapu jako výchozí bod. „Existují úkoly, jako se pohybovat podél kolmé osy k tůni, kde stačí mít jen kompas,“ dodává vědec, který studuje smysl pro magnetismus u obojživelníků po desetiletí. „Ale alpské čolky, které migrují v noci, kromě kompasu používají i mentální mapu pro své migrace,“ dodává. Na této mapě si uchovávají koordináty, které jim umožňují se vrátit. Co Diego-Rasilla po letech experimentů a chytání těchto čolků (Ichthyosaura alpestris) a jejich odnášení daleko zjistil, je to, že si recalibrují svůj kompas aktualizací mapy každý den: právě když slunce zapadá, se alignedují s osou sever-jih, ale mírně odchýleně na východ, „a právě když jsou minimum rušení v magnetickém poli,“ vzpomíná vědec.
Když v 60. letech 20. století dva němečtí ornitologové, W. Merkel a W. Wiltschko, objevili, že evropské drozdy létají ze severní Evropy do Afriky díky magnetorecepci, skepticismu jejich kolegů byla norma. A to i přesto, že jejich experimenty byly rigorózní: ptáčky pouštěli v dlouhých klecích obklopených Helmholtzovými cívkami, které vytvářejí vlastní magnetické pole, čímž rušily jiné (například zemské). Ptáci přizpůsobovali svůj let na základě nového pole.
Nicméně se shromáždilo stále více důkazů. Brzy bylo objeveno, že to, co ptáky navádí, není jen polarita pole (severní magnetický), ale také jeho intenzita. Zemské magnetické pole je důsledkem přítomnosti částečně roztaveného železného jádra na rotující planetě. Jak se učí ve školách, je to obrovský elektro magnet. Avianí kompas, který nefunguje tak jako ty, které vyrábí lidé, by se zakládal na nanokrystalech magnetitu, které mají v zobáku pro vnímání intenzity magnetu.
Existuje však další možný mechanismus, který stále není zcela pochopen: vnímání naklonění pole detekují drozdi a další ptáci díky fotosenzitívním molekulám v jejich očích, zejména pravém. Tyto kryptochromy spouští biochimický proces s účinky vlastní kvantové fyzice: formují páry volných radikálů, kde jsou elektrony nepaired, které se chovají v závislosti na magnetickém poli.
Bezdrátové nabíječe v uchu
Přitom se zdá, že holubi se orientují jiným způsobem. U nich nebyla nalezena magnetit a mohou se orientovat v úplné tmě. V nedávném výzkumu publikovaném v časopise Science, skupina vědců objevila neuronální a molekulární mechanismus, kterým vnímají zemské magnetické pole dle jiného principu, indukční magnetiky. „Je to stejné, jak se používá v bezdrátových nabíječkách,“ porovnává Gregory Nordmann z Max Planck Institute for Biological Intelligence a Mnichovské univerzity (Německo).
„Když se magnetické pole změní, vyprodukuje v vodiči elektrický proud. Při navigaci holubů se magnetické pole nepohybuje; pták se pohybuje. Když létá nebo otáčí hlavu, prochází zemským magnetickým polem, a tento pohyb indukuje drobné elektrické signály v semicirkulárních kanálech vnitřního ucha,“ vysvětluje Nordmann. „Soubor specializovaných elektro-senzorických buněk tyto signály detekuje: zachycují indukované proudy a posílají informace do mozku, což holubici poskytuje spolehlivý a nezávislý kompas na světle,“ dodává německý vědec.
Potvrzený mechanismus u holubů, což se považuje, že používají i elasmobranqui jako manty a žraloci, povyšuje na tři známé systémy, kterými se živočichové orientují: nanokrystaly magnetitu, kvantová biochimie citlivá na světlo a indukční magnetismus. „To naznačuje, že magnetorecepce se vyvinula konvergentně; tj. různé druhy, s odlišnou anatomií a ekologií, vyvinuly podobné smyslové schopnosti prostřednictvím různých biologických mechanismů,“ tvrdí Nordmann.
Nejzajímavějším případem magnetického smyslu by mohly být mořské želvy (Caretta caretta). Děti se vyhrabou z písku, odplují do moře, a po 20 až 30 letech, kdy urazí tisíce kilometrů, se vracejí na stejnou pláž, aby snesly své vlastní vejce. V nedávném experimentu zasahovali vědci do jejich percepce magnetismu. Ačkoli byly shromážděny na pobřeží Severní Karolíny (USA), osmi měsíců je krmili, zatímco se pulzem magnetismu snažili přimět, aby ucítily magnetické pole existující mnohem jižněji, například na Haiti nebo na Turks a Caicos (britské zámořské území). Snažili se je tak podmínit podobně jako práce Pavlova se psy, aby asociovaly určité magnetické koordináty s odměnou v podobě jídla.
Až byly podmíněny, snažili se je ‚oslepit‘ magnetismem předtím, než je virtuálně umístili na některý z karibských ostrovů. Malé želvy přestaly vykazovat nadšení před orientací. To by nasvědčovalo přítomnosti magnetitu uvnitř nich.
„Bylo navrženo, že smysl pro magnetickou orientaci zvířat by mohl zahrnovat biochimické reakce ovlivněné zemským magnetickým polem,“ vzpomíná v e-mailu Alayna Mackiewicz, výzkumnice na University of North Carolina v Chapel Hill a hlavní autorka této práce, publikované v Journal of Experimental Biology. „Protože navrhované chemické reakce jsou dočasné, pulz magnetismu by neměl mít trvalý efekt,“ vyzdvihuje výzkumnice. „Naopak, je pravděpodobné, že krystaly magnetitu jsou uloženy v specializovaných senzorických buňkách, a pulz magnetismu by mohl znovu magnetizovat tyto drobné magnety a tím narušit magnetické informace posílané do nervového systému,“ dodává.
Magnetit by mohl být tím, co je spojuje s pláží, kde se narodily. Díky těmto nanokrystalům by jejich koordináty byly uchovány v mozku těsně před tím, než se vydaly do moře. Mackiewicz to shrnuje: „Existují náznaky, které podporují hypotézu geomagnetické imprinting u mořských želv, kde se individua identifikují s magnetickým polem svého místa narození a používají tyto informace k návratu na své rodné pláže.“ Ale končí uznáváním, že „přesný mechanismus není znám, ale je pravděpodobné, že používají magnetické informace k orientaci na návrat na své původní místo.“
