Частная зоология позвоночных Необычные способности животных Магниторецепция

Частная зоология позвоночных Необычные способности животных: Магниторецепция

Частная зоология позвоночных Электрочувствительные клетки (справа) и ампула Лоренцини (слева)

Частная зоология позвоночных Разность потенциалов на теле рыбы и расположение электрорецепторов

Частная зоология позвоночных вертикальная составляющая геомагнитного поля течение рыба индукционный ток Схема возникновения индукционных токов при движении рыбы в постоянном магнитном поле Земли

Частная зоология позвоночных Карта магнитных аномалий на дне океана

Частная зоология позвоночных Магниторецепция

Частная зоология позвоночных • Wolfgang Wiltschko & Roswitha Wiltschko (птицы) Goethe University of Frankfurt, Germany • John B. Phillips (тритоны) Virginia Technical University, USA • Kenneth J. Lohmann (морские черепахи) University of North Carolina, USA • Joseph L. Kirschvink (морфология) California Institute of Technology, USA • Michael Walker (рыбы) Auckland University, New Zealand

Частная зоология позвоночных John Phillips, Roswitha & Wolfgang Wiltschko (27 th International Ethological Conference, Tűbingen, Germany, 2001 г. )

Частная зоология позвоночных Техническое оснащение лаборатории

Частная зоология позвоночных ХАРАКТЕРИСТИКИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

Частная зоология позвоночных магнитный Север магнитный Юг Земля как магнитный диполь

Частная зоология позвоночных Z магнитный север F Вертикальная составляющая Напряжённость Наклонение Горизонтальная составляющая I H Склонение D географический север Основные параметры вектора геомагнитного поля

Частная зоология позвоночных Особенности: • небольшие абсолютные значения параметров F= I= 0, 2 Э на экваторе - 0, 7 Э на полюсах 0º на экваторе - 90º на полюсах • суточные и сезонные изменения поля • «вековые вариации» Для справки: 1 Э = 1 Гс = 100000 н. Тл = 100000 γ

Частная зоология позвоночных Карта значений напряжённости магнитного поля Земли на 2000 г.

Частная зоология позвоночных Карта значений наклонения магнитного поля Земли на 2000 г.

Частная зоология позвоночных Совмещенная карта значений напряженности и наклонения магнитного поля Земли на 2000 г.

Частная зоология позвоночных Курская магнитная аномалия южное побережье Англии Изомагнитные карты районов магнитных аномалий

Частная зоология позвоночных Влияние Солнца на магнитное поле Земли ( «солнечный ветер» )

Частная зоология позвоночных Суточные, сезонные и широтные колебания геомагнитного поля (на примере горизонтальной составляющей) весна и осень магнитная широта зима время суток лето

Частная зоология позвоночных ОСНОВНЫЕ ГИПОТЕЗЫ МАГНИТОРЕЦЕПЦИИ

Частная зоология позвоночных Магнитосомы бактерий Magnetospirillum magnetotacticum

Частная зоология позвоночных Joseph Kirschvink Кристаллы магнетита в клетке базальной пластинки обонятельного эпителия лососевых рыб

Частная зоология позвоночных поверхностная глазничная ветвь V тройничный нерв V обонятельный мешок обонятельная капсула передний ганглий V тройничный нерв V обонятельный нерв I взаимное расположение обонятельного и тройничного нервов Иннервация обонятельного мешка поверхностной глазничной ветвью тройничного нерва у лососевых рыб

импульсы/сек. Ответы двух групп клеток тройничного нерва ручьевой форели на увеличение напряжённости поля с разной частотой импульсы/сек. Частная зоология позвоночных Группа клеток 1 Группа клеток 2

Частная зоология позвоночных Холодов Ю. А. , 1966. «Влияние электромагнитных полей на центральную нервную систему» систему Электрофизиологическая установка для изучения влияния постоянного МП на мозг кролика

Частная зоология позвоночных Установки для выработки условных рефлексов на магнитное поле у рыб и голубей

Частная зоология позвоночных Основные результаты • магнитное поле (МП) повышает двигательную активность у грызунов • действие МП имеет латентный период и последействие (по изменению ЭЭГ кролика) • у рыб и голубей можно выработать условный рефлекс на МП, у кроликов - нет

Частная зоология позвоночных Результаты опытов с рыбами • если выработан рефлекс на МП, ту же реакцию вызывает и свет, и наоборот • ослепление не изменяет выработанный рефлекс на МП • повреждение промежуточного мозга ухудшает рефлексы на МП и свет

Частная зоология позвоночных АМФИБИИ

Частная зоология позвоночных Влияние магнитных бурь на двигательную активность серых жаб на индивидуальном участке

Частная зоология позвоночных тестирование Методика эксперимента с обучением амфибий обучение

Частная зоология позвоночных Тест-арена «Тренировочный» аквариум освещение стенка арены пол арены кольца Гельмгольца стартовый лифт зеркало Установка для изучения влияния постоянного магнитного поля на ориентацию тритона Notophthalmus viridescens

Частная зоология позвоночных лабиринт поле Земли искусственное поле результирующее поле Установка для изучения влияния постоянного магнитного поля на ориентацию саламандры Eurycea lucifuga

Частная зоология позвоночных Результаты опытов по запоминанию компасного направления «вода-суша» у тритонов Notophthalmus viridescens

Частная зоология позвоночных к берегу 70, 5º к берегу 68, 5º к берегу 66, 5º значение наклонения Влияние изменения наклонения вектора магнитного поля на ориентацию в направлении берега у тритонов

Частная зоология позвоночных значение наклонения в месте поимки Влияние изменения наклонения вектора магнитного поля на ориентацию на место поимки у тритонов

Частная зоология позвоночных берег Ориентация тритонов в направлении берега при полном световом спектре (слева) и при инфракрасном освещении (справа)

Частная зоология позвоночных Ориентация тритонов в постоянном магнитном поле в зависимости от спектра освещения полный спектр

Частная зоология позвоночных Строение пинеального комплекса амфибий фронтальный орган тектум парафиз передний мозг кожа пинеальный орган зрительный нерв гипофиз

Частная зоология позвоночных Результаты опытов с тритонами • тритоны используют МП для ориентации • для определения направления С-Ю тритоны пользуются вертикальной составляющей МП (направленностью угла наклона вектора МП) • на ориентацию по МП оказывает влияние длина световой волны • у тритонов, возможно, существует 2 магниторецепторные системы • в рецепции МП задействован фронтальный орган

Частная зоология позвоночных РЕПТИЛИИ

Частная зоология позвоночных Установка для изучения влияния МП на ориентацию морских черепах

Частная зоология позвоночных

Частная зоология позвоночных естественное поле повернули на 1800 Влияние МП на ориентацию молодых морских черепах в условиях эксперимента

Частная зоология позвоночных Модель ориентации молодых черепах после вылупления зрение волны магнитное поле

Частная зоология позвоночных Ориентационное поведение черепах в границах ареала (реакция на изменение наклонения поля)

Частная зоология позвоночных Результаты опытов с морскими черепахами • черепахи используют МП для ориентации • для определения направления С-Ю черепахи пользуются вертикальной составляющей МП (оценивают направленность угла наклона вектора МП) • существуют врождённые механизмы реакции на определённые значения наклонения МП, связанные с границами ареала

Частная зоология позвоночных ПТИЦЫ

Частная зоология позвоночных Круглая клетка Крамера для изучения миграционного беспокойства птиц

Частная зоология позвоночных Вариант круглой клетки для измерения миграционного беспокойства птиц матовый экран сетка воронка подушечка с чернилами примеры следов на воронке:

Частная зоология позвоночных Поведение птиц в круглой клетке в период миграций б а осень весна в а - сорокопут-жулан (Lanius collurio) б - зяблик (Fringilla coelebs) в – обыкновенная чечевица (Carpodacus erithrinus)

Частная зоология позвоночных район зимовки район гнездования место выпуска Различия в ориентации молодых и взрослых особей (опыт со скворцами)

Частная зоология позвоночных август-сентябрь октябрь-декабрь Маршрут осенней миграции и направленность миграционного беспокойства в круглой клетке у садовой славки Sylvia borin

Частная зоология позвоночных Применение миниатюрных колец Гельмгольца для изучения ориентации голубей по геомагнитному полю

Частная зоология позвоночных солнечный день пасмурный день А - при выключенных кольцах Б - при включении колец Гельмгольца (изменение вертикальной составляющей поля) Применение миниатюрных колец Гельмгольца для изучения ориентации голубей по геомагнитному полю

Частная зоология позвоночных катушки Гельмгольца лабиринт на север деревянный стол провод автомобильный аккумулятор Установка для изучения влияния МП на ориентацию птиц и грызунов

Частная зоология позвоночных ? Экватор магнитный экватор Полюс северное полушарие Полюс южное полушарие Компас по принципу «полюс-экватор»

Частная зоология позвоночных естественное магнитное поле изменение горизонтальной компоненты поля изменение вертикальной компоненты поля Компас по принципу «полюс-экватор»

Частная зоология позвоночных естественное магнитное поле изменение горизонтальной компоненты поля изменение вертикальной компоненты поля Компас по принципу «полюс-экватор» реагирует как на изменение горизонтальной, так и на изменение вертикальной составляющей поля (пример с выбором миграционного направления у зарянок)

Частная зоология позвоночных «смещение к северу» 1 -3 дня 4 -5 дней «смещение к югу» 1 -3 дня место поимки и тестирования 4 -5 дней Влияние изменения вертикальной компоненты поля (имитация смещения) на ориентацию на место поимки у австралийских белоглазок

Частная зоология позвоночных Влияние длины световой волны на ориентацию по магнитному полю у зарянок

Частная зоология позвоночных Спектр освещения (длина световой волны) УФ фиол. синий зеленый желтый красный Виды австралийская белоглазка зарянка садовая славка сизый голубь Влияние длины световой волны на ориентацию по магнитному полю нескольких видов птиц ИК

Частная зоология позвоночных оба открыты левый глаз открыт Асимметричное участие глаз в восприятии вертикальной составляющей магнитного поля правый глаз открыт правый открыт + поворот поля

группы клеток частота импульсов Частная зоология позвоночных наклонение Электрофизиологические ответы групп нейронов в ядре базального оптического тракта при постепенной инверсии вертикальной составляющей магнитного поля (от +62º до – 62º) у голубя

Частная зоология позвоночных к мозгу глазничная ветвь нижнечелюстная ветвь верхнечелюстная ветвь Расположение нейронов, «отвечающих» на изменения поля, в тройничном нерве у трупиала Dolichonyx oryzivorus Ответы отдельного нейрона на увеличение напряжённости поля

Частная зоология позвоночных магнетит в нервной клетке Расположение ветвей тройничного нерва у голубя магнитные кольца обонятельный нерв эпителий восковица глазничная ветвь тройничного нерва датчик выбора лампа корм градиент напряжённости глазница шторка Установка для инструментального обучения голубей на присутствие/отсутствие магнитного возмущения

Частная зоология позвоночных Результаты опытов с птицами • существуют 2 магниторецепторные системы ( «компас» и «карта» ) • птицы используют компас по принципу «полюс-экватор» • направление перелёта по магнитным ключам задано генетически • одна из систем ( «компас» ) связана со зрительным трактом, вторая ( «карта» ) – с тройничным нервом • на ориентацию по МП влияет длина световой волны

Частная зоология позвоночных Млекопитающие

Частная зоология позвоночных Cryptomys anselli Hynek Burda Опыты по влиянию магнитного поля на выбор места для постройки «гнезда» у землекопов Схема установки

Частная зоология позвоночных естественное магнитное поле изменение горизонтальной компоненты поля Опыты по влиянию магнитного поля на выбор места для постройки «гнезда» в круглой арене у землекопов изменение вертикальной компоненты поля

Частная зоология позвоночных при естественном магнитном поле слои четверохолмия при переменном магнитном поле область экспрессии «активные» нейроны при экранированном магнитном поле Экспрессия генов c-fos (регуляторы транскрипции) в передних буграх четверохолмия у земплекопов Cryptomys anselli

Частная зоология позвоночных Результаты опытов с млекопитающими • некоторые млекопитающие используют МП для ориентации • для определения направления С-Ю используется горизонтальная составляющей МП (оценивают полярность МП)

Частная зоология позвоночных

Частная зоология позвоночных WTF ? ? ?

Частная зоология позвоночных ЧЕЛОВЕК

Частная зоология позвоночных «Дом» Определение направления «на дом» у человека в автобусных экспериментах

Частная зоология позвоночных эффект положения магнитного бруска N N положение во время сна Опыты с вращающимся креслом (опыты Робина Бэкера - Robin Backer, University of Manchester, UK, 1981 -1986 гг)

Частная зоология позвоночных • высокая чувствительность к магнитному полю • воспринимаются напряжённость поля и наклонение (возможно, это основа карты) • больше распространён компас, работающий по принципу «полюс-экватор» (восприятие направленности угла наклона вектора поля) • существуют 2 магниторецепторные системы • одна из систем светозависимая (возможно, пинеальный комплекс или латеральные глаза) • вторая система может быть связана с кристаллами магнетита в обонятельной области

Спасибо за внимание!