28.08 - 22:52

Химический компас заработал в слабом магнитном поле


 

Коллектив британских и американских ученых изучил на практике поведение модели химического компаса в слабом магнитном поле. Оказалось, что изменение направления вектора поля силой всего в 50 микротесла уже заметно влияло на отклик компаса. Результаты исследования, опубликованого в журнале Nature Communications, помогут ученым приблизиться к пониманию магниточувствительности перелетных птиц и мигрирующих животных.

До сих пор ученые не до конца понимают, как живым существам, которым необходимо мигрировать на большие расстояния, удается ориентироваться в пространстве. Многие из существующих гипотез основываются на том, что в этом им (и даже человеку) помогает магнитное поле Земли, однако какие физические или химические процессы этим управляют, пока не ясно.

Наиболее вероятно, что за чувствительность к магнитному полю Земли, как минимум частично, отвечают криптохромы — светочувствительные белки в сетчатке глаз птиц, способные играть роль химического компаса по механизму радикальных пар. По определению, свободный радикал — это молекула с неспаренным электроном на валентном уровне. Из-за нескоменсированности спина радикалы обладают свойствами парамагнетиков, но их магнитные моменты настолько маленькие, что заметного взаимодействия со слабым магнитным полем Земли они не обеспечивают. Ситуация меняется, если из одной молекулы образуется две радикальных частицы: либо при гомолитическом разрыве ковалентной связи, либо в результате окислительно-восстановительной реакции переноса электрона от донора к акцептору. В таких двойных парах радикалов спины электронов могут оказаться направлены либо в противоположные стороны (синглетное состояние), либо в одну (триплетное состояние), и взаимодействовать с внешним магнитным полем.

Под действием света в молекулах криптохрома образуются пары радикалов с сохранением спинового углового момента. Сразу после возникновения, из-за наличия сверхтонкого взаимодействия электронов с ядрами, пара переходит из одного состояния в другое (от синглетного к триплетному или наоборот). Действие внешнего магнитного поля снижает скорость этого перехода. Если поле слабее сверхтонкого взаимодействия в радикальной паре, наблюдают нормальный эффект Зеемана и увеличение числа возможных переходов из синглетного в триплетное состояние.

Для того, чтобы успеть поймать смешение состояний под действием слабого магнитного поля, необходимо создать такую систему, чтобы переходы из этих состояний осуществлялись по-разному, были достаточно продолжительными (в том числе и при релаксации), а взаимодействия радикалов друг с другом были слабее, чем их взаимодействия с ядром и полем.

Кристиан Керпал (Christian Kerpal) с коллегами из Оксфордского университета с помощью спектроскопии поглощения с высоким временным разрешением смогли увидеть в эксперименте над модельной молекулой из трех ковалентно-связанных частей (фуллерена, порфирина и каротеноида) изменения состояний радикала под действием слабого магнитного поля, сравнимого по силе с полем Земли (50 микротесла).

По изменению поглощения (следственно, и концентрации) катион-радикала каротеноида по сравнению с поглощением без внешнего поля авторы работы оценивали время перехода и силу поля, при которой меняется механизм взаимодействия радикалов с внешним магнитным полем. Зеленый линейно поляризованный свет генерировал пару радикалов, а по поглощению красного света судили о концентрации катион-радикала.
Магнитное поле с одной амплитудой, но с разным направлением, создавали с помощью трех перпендикулярных друг другу катушек Гельмгольца. Неточность значения накладываемого поля составила меньше десяти микротесла. Влияние поля оценивали в этом случае по зависимости угла между вектором направленности поля и перпендикулярной направлению лазерных лучей оси.

Эффект взаимодействия с полем изменялся синусоидально в зависимости от направления магнитного поля, причем его смена на 180 градусов никак не влияла на относительное поглощение каротеноидовой частью молекулы.
Исследователи, таким образом, показали работу химического компаса при действии слабых полей в модельной системе. Авторы предполагают, что в природе по такому механизму могут функционировать флавин или триптофан в молекуле криптохрома. Расчеты предыдущих теоретических исследований, однако, показали, что наиболее вероятная на сегодняшний день радикальная пара флавин и радикал аскорбиновой кислоты не способна реагировать на слабое магнитное поле Земли. Вопрос о том, могут ли существовать эти эффекты, и как они реализуются в живых организмах, поэтому, остается открытым

Большинство экспериментальных исследований магниторецепции проводят на живых существах. Например, в генотипе дрозофил нашли код для синтеза белка, который связывает криптохром и оксид железа в комплекс, способный играть роль компаса, а влияние поляризации света на способность ориентироваться проверяли по движению птиц при разном свете. Наличие у угрей способности использовать магнитные поля для ориентации в пространстве обнаружили, прикладывая магнитные поля, соответствующие областям вод, по которым эти рыбы путешествуют.

https://nplus1.ru

 

Ключевые слова:
Читайте также:
14.11 - 21:39

Лучшие эфирные масла для проблем с волосами

У каждого из нас возникают те или иные проблемы с волосами от перхоти до сухости и ранней седины.
Подробнее »»

14.11 - 21:15

Пять способов подготовить организм к холодам

Организму на сезонную перестройку нужно время.
Подробнее »»

14.11 - 20:24

Что будет с телом, если вы откажетесь от алкоголя 

Даже двухнедельный отказ от алкогольных напитков способен изменить вашу жизнь. «Рамблер» рассказывает, как ваш организм ответит на такой детокс!
Подробнее »»

14.11 - 20:13

Названы основные причины раннего старения

Есть два основных фактора, которые ускоряют процессы старения в организме
Подробнее »»

14.11 - 19:37

8 упреков, которые слышат все молодые мамы 

Ждёте, что все окружающие будут рассыпаться в похвалах младенцу? Будут, но не все и далеко не всегда.
Подробнее »»

14.11 - 19:11

Названа причина, по которой не стоит пить йогурт натощак

Многие люди, которые следят за своей фигурой, употребляют на завтрак йогурт.
Подробнее »»

14.11 - 18:32

Ученые нашли новую причину рака кожи

В рамках нового исследования специалисты из Медицинской школы США выяснили, что волосяные фолликулы тоже могут быть провокаторами недуга, пишет MedicalNewsToday.
Подробнее »»

14.11 - 18:09

Эффективные способы избавиться от мешков под глазами

Если с темными кругами в два счета справляется плотный консилер, то мешки – настоящая проблема.
Подробнее »»

14.11 - 17:23

Названы фрукты, содержащие много белка

Обычно считается, что фрукты не богаты белком, и их пользу связывают с содержанием клетчатки.
Подробнее »»

14.11 - 17:05

Названа диета, омолаживающая клетки мозга

Ученые создали диету, которая поможет защитить от болезни Альцгеймера и отсрочить старение мозга на целых 8 лет
Подробнее »»

14.11 - 16:21

Почему японкам запрещают приходить на работу в очках 

Причина на самом деле прозаична: сотрудница в линзах выглядят более женственными и приветливыми, нежели строгие дамы в очках.
Подробнее »»

14.11 - 16:03

Ученые обнаружили неожиданную опасность выходных дней

Шанс умереть на выходных от остановки сердца на 20% выше, нежели в будние дни.
Подробнее »»

14.11 - 15:20

4 признака неухоженной девушки

Женскому полу свойственно совершенствоваться внешне.
Подробнее »»

14.11 - 15:01

Названы продукты, ускоряющие обмен веществ

Диетологи составили список рекомендаций людям, которые хотят ускорить метаболизм
Подробнее »»

14.11 - 14:59

6 идеальных сочетаний продуктов: дуэты для ощутимой пользы

Подойдут всем, кто хочет питаться правильно.
Подробнее »»


Загрузка...
Loading...

Справочная информация

Загрузка...