А как они это делают? Как чувствуют ничтожное магнитное поле? Это – предмет длительной научной дискуссии, итоги которой до сих пор не подведены. Существование магниторецепции – восприятия магнитного поля, – по крайней мере у некоторых видов животных, не вызывает сомнений, при этом поиски механизма порой кажутся столь бесперспективными, что авторы одного из свежих обзоров проблемы назвали его "чувство без органа чувств"[25].
Сама по себе идея магниторецепции появилась давно. В 1855 году русский зоолог Александр Миддендорф писал о перелетных птицах: "…подобно тому, как на корабле есть магнитная стрелка, эти моряки, бороздящие воздушный океан, имеют внутреннее магнитное чувство, которое может быть связано с гальванически-магнитными токами". Спустя сто лет, когда техника эксперимента существенно продвинулась вперед, зоологи Фридрих Меркель и Вольфганг Вильчко из Франкфуртского университета, поставив опыт с малиновками, доказали, что те ориентируются в полете по направлению магнитного поля[26].
После решения принципиального вопроса – да, явление существует – оставалось найти сам магниточувствительный орган или хотя бы магниторецептор, и проблема оказалась бы решена. Исследователям отчасти посчастливилось – они нашли намеки на целых два механизма, однако доказать, что именно с их помощью животные чувствуют магнитное поле, пока не удается. Какие же это намеки? Современная наука не приветствует и подробно не рассматривает идею Миддендорфа о гальванических токах, а они неизбежно, в силу закона электромагнитной индукции Фарадея, должны возникать при движении сквозь магнитное поле проводника, то есть насыщенного ионами тела птицы или пчелы. Вместо этого задействованы, так сказать, статические идеи.
Согласно первой, внутри некоего органа животного или непосредственно внутри его клеток находятся магнитные частички. Желательно, чтобы они были неравноосными (вытянутыми) и монокристаллическими. Их размер не велик и не мал, а как раз такой, чтобы в каждой частице размещался один и только один магнитный домен (то есть область, в которой все магнитные моменты атомов направлены в одну и ту же сторону; большая частица разбивается на несколько доменов с разной ориентацией моментов, и ее суммарный магнитный момент, усредняясь, снижается), но в то же время, чтобы тепловые флуктуации не нарушали магнитный порядок слишком малого числа атомов. При изменении направления магнитного поля частичка должна повернуться – разместить свой магнитный момент по полю, а это вызывает механические искажения вмещающей ее клетки. Если же частичка не одна, тогда должны возникать цепочки намагниченных частиц, и поле станет менять конфигурацию уже этих цепочек, что опять-таки меняет форму клетки и растягивает мембрану так, что открывается какой-то ионный канал.
Для подтверждения этой гипотезы нужно найти магнитные частицы минерала магнетита (смесь оксидов двух– и трехвалентного железа) с подобными характеристиками и содержащие их клетки, связанные с нервной системой. И действительно, магнетит в теле обнаружен у многих животных и даже у людей, хотя последние в магниторецепции не замечены. Например, Джозеф Киршвинк и его коллеги из Калифорнийского технологического института выяснили[27], что в одном грамме человеческого мозга содержится не менее пяти миллионов однодоменных магнитных частиц – примерно четыре нанограмма. При этом большинство их имеет размер в 10–70 нм, а небольшая доля – существенно крупнее, под полмикрона. В мягких же оболочках мозга магнитных частиц примерно в 20 раз больше. Современные данные, впрочем, дают более высокие значения. В тканях жителей таких загрязненных городов, как Мехико или Манчестер, находят до 12 мкг/г подобных частиц, то есть в тысячи раз больше, чем в Калифорнии начала 1990-х[28]. Возникает мысль, что частицы магнетита не синтезируются в организмах городских млекопитающих, а проникают извне, например при вдыхании выхлопных газов дизельных двигателей. Хотя наличие больших и малых частиц при отсутствии средних подсказывает, что происхождение у тех и других может быть разным. Ну а пришедшие извне частицы вряд ли могут отвечать за какой-то орган чувств – очень уж это выходит ненадежно.
27
J. L. Kirschvink, A. Kobayashi-Kirschvink, and B. J. Woodford Magnetite biomineralization in the human brain.