Компас в темноте

Исследовательская группа под руководством учёных из Центра Гельмгольца в Мюнхене и Технического университета Мюнхена (TUM) представила в Nature Communications новую модель для изучения магниторецепции. Анализ поведения рыб данио-рерио и медаки позволил измерить активность мозга во время магнитной стимуляции и показать, что это чувство работает и в темноте.

Магниторецепция — это способность некоторых животных ощущать магнитное поле Земли и использовать его для навигации. Однако её механизмы остаются неизвестными. «Решение этого вопроса не только удовлетворит научное любопытство, но и может привести к новым молекулярным методам», — отметил профессор д-р Гил Грегор Вестмайер, руководитель исследования на стыке нейронауки и молекулярной визуализации. Его команда работает как в Центре Гельмгольца, так и в TUM. «Обратная разработка магниторецептора может привести к методам синтетической биологии для дистанционного управления молекулярными процессами с помощью магнитных полей». Для достижения этой цели команда Вестмайера решила создать модель для изучения магниторецепции.

Учёные сосредоточились на рыбах данио-рерио и филогенетически отдалённых медаках, поскольку это позвоночные животные, с которыми удобно работать генетически и анализировать под микроскопом. Исследователи обнаружили, что взрослые особи обоих видов меняют траекторию плавания в ответ на экспериментальное изменение направления магнитного поля Земли, при тщательном контроле всех побочных переменных. Интересно, что этот эффект сохранялся и в отсутствие видимого света, что указывает на фотон-независимый механизм.

«В этой модели мы теперь можем искать ранее не идентифицированные клетки-магниторецепторы, существование которых предсказывают наши поведенческие эксперименты и которые, вероятно, содержат магнитный материал», — сообщила соавтор Ане Миклатун, аспирант лаборатории Вестмайера.

Кроме того, исследователи показали аналогичный магнитозависимый эффект у молодых личинок рыб. «Это решающее преимущество, потому что на ранних стадиях развития рыбы ещё почти прозрачны», — пояснила Антонелла Лаури, постдок и соавтор. «Таким образом, мы можем использовать методы визуализации для изучения мозга рыб во время поведенческих тестов с изменяющимся магнитным полем». Учёным уже удалось идентифицировать кандидатную область в мозге — путь, который может привести к обнаружению неизвестных клеток-магниторецепторов.

Гил Грегор Вестмайер, руководитель этого исследования, финансируемого ERC, подводит итог: «Магниторецепция — одно из немногих чувств, механизм которого не понят. Подобная междисциплинарная работа в конечном итоге приведёт к пониманию биофизического механизма магниторецепции и лежащих в её основе нейронных вычислений. Эти открытия также могут предложить интересные подходы для конструирования биологических систем дистанционного управления молекулярными процессами с помощью магнитных полей».