گیرنده مغناطیس

کبوتر خانگی می‌تواند با استفاده از توانایی درک میدان مغناطیسی زمین و نشانه‌های دیگر مسیر خود را ناوبری کند

گیرنده مغناطیس یا برداشت مغناطیسی (به انگلیسی: Magnetoreception) و همچنین درک مگنت حسی است که با آن یک ارگانیسم توانایی درک و تشخیص وجود یک میدان مغناطیسی را در پیرامون خود پیدا می‌کند تا بتواند جهت، ارتفاع یا موقعیت مکان را درک کند. طیف گسترده‌ای از جانوران از این حالت حسی برای جهت‌یابی و ناوبری استفاده می‌کنند^[۱] و از آن به عنوان روشی برای ایجاد نقشه‌های منطقه‌ای برای جانوران استفاده می‌شود. در پیمایش و ناوبری، برداشت مغناطیسی با تشخیص میدان مغناطیسی زمین سروکار دارد.

توانایی برداشت مغناطیسی در باکتریها، بندپایان، نرم‌تنان و اعضای همهٔ گروه‌های اصلی طبقه‌بندی مهره‌داران وجود دارد.^[۱] تصور نمی‌شود که انسان حس مغناطیسی دارد، اما پروتئین (کریپتوکروم) در چشم انسان وجود دارد که می‌تواند به این عملکرد کمک کند.^[۲]

سازوکار‌های پیشنهادشده

در باکتری‌ها

باکتری‌های مغناطیسی دسته‌ای از باکتری‌ها هستند که در جهت استفاده از میدان‌های مغناطیسی شناخته می‌شوند. این باکتری‌ها یک پدیدهٔ رفتاری را نشان می‌دهند که به عنوان مگنتوتاکسی شناخته می‌شود و این همان نحوه جهت‌گیری خود باکتری و مهاجرت در جهتی در امتداد خطوط میدان مغناطیسی زمین است. این باکتری‌ها حاوی مگنتوزوم هستند که ذراتی به اندازه نانومتر مگنتیت یا سولفید آهن هستند که در باخته‌های باکتری محصور شده‌اند.^[۳] مگنتوزوم‌ها توسط غشایی تشکیل شده از فسفولیپیدها و اسیدهای چرب احاطه شده‌اند و حداقل حاوی ۲۰ پروتئین مختلف هستند. مگنتوزوم‌ها به صورت زنجیره‌ای تشکیل می‌شوند که لحظه‌های مغناطیسی هر مگنتوزوم به‌طور موازی با هم تراز می‌شوند و باعث می‌شوند یاخته‌های باکتری اساساً به عنوان دوقطبی‌های مغناطیسی با ویژگی‌های مغناطیسی دایم عمل کنند.

در جانوران

رمزنگاری‌ها

برای جانوران مکانیسم برداشت مغناطیسی ناشناخته مانده‌است، اما دو فرضیهٔ اصلی برای توضیح این پدیده وجود دارد.^[۴]

برابر یک مدل، جذب مغناطیسی از طریق مکانیسم جفت رادیکال امکان‌پذیر است.^[۵] مکانیسم جفت رادیکال در شیمی چرخش کاملاً اثبات‌شده‌است^[۶][۷][۸] و گمان می‌رود که در سال ۱۹۷۸ توسط شولتن و همکارانش از مغناطیس استفاده شده‌باشد. در سال ۲۰۰۰، کریپتوکروم به عنوان «مولکول مغناطیسی» پیشنهاد شد، و بر پایه این تئوری، این می‌تواند جفت‌های رادیکالی حساس مغناطیسی را در خود جای‌دهد. کریپتوکروم، یک فلاوپروتئین موجود در چشم رابین اروپایی و سایر گونه‌های جانوری، تنها پروتئین شناخته شده برای تشکیل جفت‌های رادیکال ناشی از عکس در حیوانات است.^[۹] عملکرد کریپتوکروم در گونه‌های مختلف متنوع است، با این حال، القای عکس جفت‌های رادیکال با قرار گرفتن در معرض نور آبی رخ می‌دهد، که الکترون را در یک کروموفور تحریک می‌کند.^[۱۰] میدان مغناطیسی زمین فقط ۰٫۵ گاوس است و مکانیسم جفت رادیکال تنها راهی قابل قبول است که میدان‌های مغناطیسی ضعیف می‌توانند بر تغییرهای شیمیایی تأثیر بگذارند. [۱۰] بنابراین تصور می‌شود کریپتوکروم‌ها برای توانایی وابسته به نور مگس میوه Drosophila melanogaster در احساس میدان‌های مغناطیسی ضروری است.^[۱۱]

مبتنی بر آهن

مدل پیشنهادی دوم برای جذب مغناطیسی به خوشه‌های متشکل از آهن، یک مادهٔ معدنی طبیعی با ویژگی مغناطیس قوی متکی است. این ایدهٔ مطلوبی است زیرا در توانایی جذب مغناطیسی باکتری‌های مغناطیسی افزایش می‌یابد. این خوشه‌های آهن نه تنها عمدتاً در کبوترها در منقار بالایی مشاهده می‌شوند،^[۱۲] بلکه در سایر گونه‌ها نیز مشاهده می‌شود.^[۱۳]

این خوشه‌های آهن در دو نوع ترکیبی مشاهده شده‌اند: مگنتیت (Fe3O4) و مگمیت (γ-Fe2O3). باور کنونی بر این است که هر دو از نظر مغناطیسی، به ویژه برای حس نقشه مغناطیسی، نقشی دارند.^[۱۴][۱۵] همچنین گمان می‌رود که این غلظت‌ها به سیستم عصبی مرکزی متصل می‌شوند و یک سیستم سنجش را تشکیل می‌دهند. تحقیقات بر روی غلظت‌های مگنتیت متمرکز شده‌است، با این حال، نشان داده شده‌است که مگنتیت به تنهایی در یاخته‌های عصبی حساس به مغناطیس موجود نیست.^[۱۶]

مگمیت در ساختارهای پلاکت مانند متمرکز در امتداد دندریت‌های حسی منقار فوقانی، به‌طور مداوم در مقیاس نانو مشاهده شده‌است. اکسیدهای آهن در مقیاس نانو در طول بیش از ۵۰ نانومتر به‌طور دائمی مغناطیسی می‌شوند و در طول کمتر از ۵۰ نانومتر مغناطیسی می‌شوند.^[۱۷] sense.^[۱۵] از آن‌جا که این پلاکت‌ها در مجموعه‌های ۵–۱۰ مشاهده شده‌اند، این تغییرهای مغناطیسی موضعی باعث ایجاد یک واکنش مکانیکی در امتداد غشای یاختهٔ عصبی شده و منجر به تغییر غلظت یون می‌شود. اعتقاد بر این است که این غلظت یون، با توجه به سایر خوشه‌های دندریت، حس مغناطیسی را تشکیل می‌دهد.

منابع

1. Wiltschko, F. R. & Wiltschko, W. (2012). "Chapter 8 - Magnetoreception". In Carlos López-Larrea (ed.). Sensing in Nature. Advances in Experimental Medicine and Biology. Vol. 739. Springer. doi:10.1007/978-1-4614-1704-0. ISBN 978-1-4614-1703-3. S2CID 41131723.
2. Foley, Lauren E.; Gegear, Robert J.; Reppert, Steven M. (2011). "Human cryptochrome exhibits light-dependent magnetosensitivity". Nature Communications. 2: 356. Bibcode:2011NatCo...2..356F. doi:10.1038/ncomms1364. PMC 3128388. PMID 21694704.
3. Blakemore, R. (1975). "Magnetotactic Bacteria". Science. 190 (4212): 377–379. Bibcode:1975Sci...190..377B. doi:10.1126/science.170679. PMID 170679. S2CID 5139699.
4. Wiltschko, Wolfgang; Wiltschko, Roswitha (August 2008). "Magnetic orientation and magnetoreception in birds and other animals". Journal of Comparative Physiology A. 191 (8): 675–693. doi:10.1007/s00359-005-0627-7. PMID 15886990. S2CID 206960525.
5. Hore, P.J.; Mouritsen, Henrik (5 July 2016). "The Radical-Pair Mechanism of Magnetoreception". Annual Review of Biophysics. 45 (1): 299–344. doi:10.1146/annurev-biophys-032116-094545. PMID 27216936.
6. T., Rodgers, Christopher (1 January 2009). "Magnetic field effects in chemical systems". Pure and Applied Chemistry. 81 (1): 19–43. doi:10.1351/PAC-CON-08-10-18. ISSN 1365-3075. S2CID 96850994.
7. Steiner, Ulrich E.; Ulrich, Thomas (1 January 1989). "Magnetic field effects in chemical kinetics and related phenomena". Chemical Reviews. 89 (1): 51–147. doi:10.1021/cr00091a003. ISSN 0009-2665.
8. Woodward, J. R. (1 September 2002). "Radical pairs in solution". Progress in Reaction Kinetics and Mechanism. 27 (3): 165–207. doi:10.3184/007967402103165388. S2CID 197049448.
9. Wiltschko, Roswitha; Ahmad, Margaret; Nießner, Christine; Gehring, Dennis; Wiltschko, Wolfgang (1 May 2016). "Light-dependent magnetoreception in birds: The crucial step occurs in the dark". Journal of the Royal Society, Interface. 13 (118): 20151010. doi:10.1098/rsif.2015.1010. ISSN 1742-5662. PMC 4892254. PMID 27146685.
10. Rodgers, C. T.; Hore, P. J. (2009). "Chemical magnetoreception in birds: The radical pair mechanism". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 106 (2): 353–360. Bibcode:2009PNAS..106..353R. doi:10.1073/pnas.0711968106. PMC 2626707. PMID 19129499.
11. Gegear, Robert J.; Casselman, Amy; Waddell, Scott; Reppert, Steven M. (August 2008). "Cryptochrome mediates light-dependent magnetosensitivity in Drosophila". Nature. 454 (7207): 1014–1018. Bibcode:2008Natur.454.1014G. doi:10.1038/nature07183. PMC 2559964. PMID 18641630. Archived from the original on 29 June 2011. Retrieved 25 November 2020.
12. Fleissner, Gerta; Holtkamp-Rötzler, Elke; Hanzlik, Marianne; Winklhofer, Michael; Fleissner, Günther; Petersen, Nikolai; Wiltschko, Wolfgang (26 February 2003). "Ultrastructural analysis of a putative magnetoreceptor in the beak of homing pigeons". Journal of Comparative Neurology (به انگلیسی). 458 (4): 350–360. doi:10.1002/cne.10579. ISSN 0021-9967. PMID 12619070. S2CID 36992055.
13. Fleissner, Guenther; Wellenreuther, Gerd; Heyers, Dominik; Mouritsen, Henrik; Thalau, Peter; Kuehbacher, Markus; Schuchardt, Kirsten; Fleissner, Gerta; Falkenberg, Gerald (16 February 2010). "Avian Magnetoreception: Elaborate Iron Mineral Containing Dendrites in the Upper Beak Seem to Be a Common Feature of Birds". PLOS ONE (به انگلیسی). 5 (2): e9231. Bibcode:2010PLoSO...5.9231F. doi:10.1371/journal.pone.0009231. ISSN 1932-6203. PMC 2821931. PMID 20169083.
14. Hore, P. J.; Mouritsen, Henrik (5 July 2016). "The Radical-Pair Mechanism of Magnetoreception". Annual Review of Biophysics. 45 (1): 299–344. doi:10.1146/annurev-biophys-032116-094545. ISSN 1936-122X. PMID 27216936.
15. Solov’yov, Ilia A.; Greiner, Walter (September 2007). "Theoretical Analysis of an Iron Mineral-Based Magnetoreceptor Model in Birds". Biophysical Journal. 93 (5): 1493–1509. Bibcode:2007BpJ....93.1493S. doi:10.1529/biophysj.107.105098. ISSN 0006-3495. PMC 1948037. PMID 17496012.
16. Keays, David Anthony; Shaw, Jeremy; Lythgoe, Mark; Saunders, Martin; Cadiou, Herve; Pichler, Paul; Breuss, Martin; Sugar, Cristina; Edelman, Nathaniel (April 2012). "Clusters of iron-rich cells in the upper beak of pigeons are macrophages not magnetosensitive neurons". Nature (به انگلیسی). 484 (7394): 367–370. Bibcode:2012Natur.484..367T. doi:10.1038/nature11046. ISSN 1476-4687. PMID 22495303. S2CID 205228624.
17. Rodgers, C. T.; Hore, P. J. (2009). "Chemical magnetoreception in birds: The radical pair mechanism". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 106 (2): 353–360. Bibcode:2009PNAS..106..353R. doi:10.1073/pnas.0711968106. PMC 2626707. PMID 19129499.

• مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیا. «Magnetoreception». در دانشنامهٔ ویکی‌پدیای انگلیسی، بازبینی‌شده در ۲۵ نوامبر ۲۰۲۰.

پیوند به بیرون

• "Cryptochrome and magnetic sensing". Theoretical and Biophysical Computations Group, University of Illinois at Urbana–Champaign.
• Schiff, H. (1991). "Modulation of spike frequencies by varying the ambient magnetic field and magnetite candidates in bees (Apis mellifera)". Comp Biochem Physiol a Comp Physiol. 100 (4): 975–85. doi:10.1016/0300-9629(91)90325-7. PMID 1685393.
• Johnsen, S.; Lohmann, K. J. (September 2005). "The physics and neurobiology of magnetoreception". Nature Reviews Neuroscience. 6 (9): 703–12. doi:10.1038/nrn1745. PMID 16100517. S2CID 13996233.
• Johnsen, Sönke; Lohmann, Kenneth J. (2008). "Magnetoreception in animals". feature article. Physics Today. 61 (3): 29–35. Bibcode:2008PhT....61c..29J. doi:10.1063/1.2897947.