Известно, что такие разнообразные животные, как мигрирующие гуси, морские черепахи и волки, ориентируются с помощью магнитного поля Земли. Но до сих пор никто точно не указал, как они это делают. Датчик, обнаруженный у червей, называемых C. elegans, представляет собой микроскопическую структуру на конце нейрона, который, вероятно, разделяют другие животные, учитывая сходство в структуре мозга у разных видов.
Датчик выглядит как наноразмерная телевизионная антенна, и черви используют его для навигации под землей.«Скорее всего, одни и те же молекулы будут использоваться более симпатичными животными, такими как бабочки и птицы», — сказал Джон Пирс-Шимомура, доцент кафедры нейробиологии Колледжа естественных наук и член исследовательской группы. «Это дает нам первую точку опоры в понимании магниточувствительности других животных».
Исследователи обнаружили, что голодные черви в пробирках, заполненных желатином, имеют тенденцию опускаться вниз, и они могут использовать эту стратегию при поиске пищи.Когда исследователи принесли в лабораторию червей из других частей мира, не все черви переместились вниз.
В зависимости от того, откуда они были — например, с Гавайев, из Англии или Австралии — они двигались под определенным углом к магнитному полю, которое соответствовало бы вниз, если бы они были дома. Например, австралийские черви двигались вверх по трубкам. Ориентация магнитного поля варьируется от точки к точке на Земле, и система датчиков магнитного поля каждого червя точно настроена на его местную среду, что позволяет ему отличать верх от низа.
Исследование опубликовано сегодня в журнале eLife.Ведущим автором исследования является Андрес Видаль-Гадеа, бывший научный сотрудник Колледжа естественных наук в UT Остине, ныне преподаватель Университета штата Иллинойс.
Он отметил, что C. elegans — лишь один из бесчисленных видов, обитающих в почве, многие из которых, как известно, мигрируют вертикально.«Я очарован перспективой того, что магнитное обнаружение может быть широко распространено среди почвенных организмов», — сказал Видаль-Гадеа.
Нейробиологи и инженеры, которые используют C. elegans в своих исследованиях болезни Альцгеймера и зависимости, ранее открыли способность червя ощущать влажность. Эта работа побудила их спросить, что еще черви могут чувствовать, например, магнитные поля.В 2012 году ученые из Медицинского колледжа Бейлора объявили об открытии у голубей клеток мозга, которые обрабатывают информацию о магнитных полях, но они не обнаружили, какая часть тела воспринимает поля.
Эта команда и другие предложили магнитный датчик во внутреннем ухе птиц.«Это была соревновательная гонка, чтобы найти первый магнитосенсорный нейрон», — сказал Пирс-Шимомура. «И мы думаем, что победили с червями, что является большим сюрпризом, потому что никто не подозревал, что черви могут чувствовать магнитное поле Земли».Уже было известно, что нейрон с датчиком магнитного поля, называемым нейроном AFD, может определять уровень углекислого газа и температуру.Исследователи обнаружили магнитосенсорные способности червей, изменяя магнитное поле вокруг них с помощью специальной системы магнитных катушек, а затем наблюдая за изменениями в поведении.
Они также показали, что черви, которые были генетически сконструированы так, чтобы иметь сломанный нейрон AFD, не ориентировались вверх и вниз, как нормальные черви. Наконец, исследователи использовали метод, называемый кальциевой визуализацией, чтобы продемонстрировать, что изменения в магнитном поле вызывают активацию нейрона AFD.Пирс-Шимомура предположил, что это исследование может открыть возможность манипулирования магнитными полями для защиты сельскохозяйственных культур от вредных вредителей.
Другими членами исследовательской группы из Колледжа естественных наук являются Джошуа Рассел, бывший аспирант, защитивший докторскую диссертацию. ; Кристи Уорд, бывшая студентка; и Селия Берон, нынешняя студентка. Членами исследовательской группы инженерной школы Кокрелла являются: доктор Адела Бен-Якар, доцент кафедры машиностроения; Навид Горашян, бывший аспирант, защитивший докторскую диссертацию; и Сертан Гёкче, нынешний аспирант.
Поддержку этому исследованию оказали Национальные институты здравоохранения и Национальный институт неврологических расстройств и инсульта.