Jdu na sever... a jdu na jih!

Magnetorecepce u zvířat

Každý živočich se snaží ve světě kolem sebe co nejlépe orientovat a využívá k tomu všechny dostupné prostředky. Světelné záření, zvukové vlny, pachové molekuly… Všechno, co mu přinese lepší informaci o poloze hnízda, nepřátel nebo potravy, mu poskytuje nezanedbatelnou evoluční výhodu. Není proto divu, že mnoho živočichů využívá ke své orientaci také zemské magnetické pole.

Magnetické mapy a kompasy
Magnetické pole Země vzniká nejspíš pohybem tekutého zemského jádra, přesnější princip jeho vzniku však neznáme. Magnetické silokřivky vycházejí z jižního magnetického pólu (který je trochu jinde, než pól geografický), zakřivují se kolem naší planety a končí u severního magnetického pólu. Na každém místě zemského povrchu tedy můžeme změřit nejen směr k severu nebo jihu, ale také sílu magnetického pole a jeho sklon vzhledem k povrchu. Tak dokážeme určit zeměpisnou šířku, na které se nacházíme. Poblíž rovníku je pole slabší a přibližně rovnoběžné se zemským povrchem, směrem k pólům pole sílí a silokřivky směřují stále více k zemi.

Můžeme tak získat magnetickou mapu Země. A to je přesně to, co zvířata s magnetickým smyslem využívají. Některá rozeznají pouze severo-jižní směr, o těch se říká, že mají „magnetický kompas“, jiná jsou citlivá i na sílu a sklon magnetického pole a mají tedy „magnetickou mapu“.

Mloci, ptáci i měkkýši
Poprvé byla magnetorecepce prokázána u druhů, které migrují na velkou vzdálenost. Jednak se u nich dala očekávat (jak jinak by pták nad mořem při zatažené obloze poznal, kam má letět), jednak se dala snadno ověřit. Zemské pole je totiž velmi slabé, dokonce mnohem slabší než jaké produkuje běžný magnet, kterým si připevňujete vzkazy na ledničku. Když takový magnet vložíte do blízkosti živočicha s magnetickým smyslem (třeba mu ho připevníte na záda), jeho schopnost orientovat se podle zemského pole je ztracena, protože vnímá jen magnetické pole magnetu. Schopnost cítit magnetické pole byla prokázána u celé řady druhů, u většiny obratlovců, ale i měkkýšů, korýšů či hmyzu. Magnetickým kompasem jsou vybaveni třeba červenka obecná, netopýr velký, holub domácí či čolek zelenkavý. Magnetické mapy mají navíc třeba kareta obecná nebo langusta karibská. Migrující druhy ale nejsou jediné, které mají magnetický smysl. Jeho existence byla prokázána například u much, slepic nebo třeba rypoušů.

Kde ale „magnetické oči“ vlastně jsou?
Přestože je více než jasné, že mnozí živočichové musí magnetický smysl mít, nepodařilo se zatím nalézt receptory magnetického pole. Pole bez problémů proniká tkání, takže senzory nemusí být na povrchu těla. Navíc na zjištění magnetického pole není třeba žádný velký a složitý aparát typu oční sítnice nebo vnitřní ucho, takže senzor může být mikroskopický a nacházet se prakticky kdekoliv v těle. Jeho objevení je tedy více než velkou výzvou, zvláště když není vyloučeno, že by magnetický smysl, byť slabý, mohl mít i člověk.

Předpokládá se, že existují tři základní principy, s jejichž pomocí může živočich magnetické pole vnímat. Jedná se o indukci, využití krystalků magnetitu a chemickou magnetorecepci.

Elektromagnetická indukce
Mějme vodič pohybující se v magnetickém poli. Pokud se vodič hýbe kamkoliv jinam než ve směru magnetických siločar, putují nabité částice podle svého náboje ve vodiči na jeho opačné konce. Mezi konci vodiče tím vzniká napětí, které se mění podle směru a rychlosti pohybu vodiče. Pokud jej vložíme do nehybného vodivého prostředí, vytvoříme tak elektrický obvod a mezi vodičem a médiem začne protékat proud. Mořské ryby by mohly vnímat magnetické pole na stejném principu – jejich tělo je zmíněným vodičem a jsou vybaveny citlivými elektroreceptory, kterými mohou cítit drobné změny v napětí, jak proplouvají zemským magnetickým polem. Není však známo, zda to dělají právě tímto způsobem.

Magnetit v nose
Princip indukce je vhodný pro mořské ryby, které se pohybují ve vodivém prostředí a mají citlivé elektroreceptory, ale pro suchozemská  zvířata se nehodí. Ta by místo něj mohla využívat mikroskopické krystalky magnetitu. Tento minerál (Fe₃O₄) produkují některé bakterie a byl objeven i v tělech různých živočichů s magnetickým smyslem. Detailnější výzkum se uskutečnil na lososech a pstruzích. Pstruh má drobounké krystalky o průměru 50 nanometrů v nose poblíž nervů, které reagují na magnetické stimuly. Krystalky jsou vlastně permanentními magnety, které se mohou volně natáčet ve směru působícího magnetického pole. Otočené krystalky by mohly vyvíjet tlak na nějaké druhotné receptory, případně být zavěšeny na chloupcích nebo vlákénkách, za která by tahaly. Rovněž je možné, že rotace magnetitových krystalků by mohla přímo otevírat iontové kanálky v nervových buňkách a vyvolávat tak vzruchy.

Některé živočišné druhy mají krystalky trochu jiných vlastností. Ty po vložení do vnějšího magnetického pole vytváří své vlastní pole, které může ovlivňovat okolní krystalky. Dochází tak k deformaci celého shluku krystalků, což by nervový systém mohl být schopen rozpoznat. Pole superparamagnetických krystalků byla nalezena v horní části holubího zobáku, kde by mohla fungovat právě tímto popsaným způsobem.

Vliv magnetu na chemické reakce
Z pohledu laika je nejhůře pochopitelná chemická magnetorecepce. Zakládá se na myšlence, že některé speciální chemické reakce mohou probíhat různě v závislosti na působícím magnetickém poli. Základním stavebním kamenem většiny reakcí je přenos elektronu mezi molekulami. Spin každého elektronu závisí na okolním magnetickém prostředí, které je tvořeno jak spiny a orbitálními pohyby okolních elektronů a atomových jader, tak libovolným vnějším magnetickým polem. Výměna elektronů je ovlivňována i jejich spinem. Za určitých podmínek tedy může dojít k tomu, že vnější magnetické pole určí rychlost probíhající chemické reakce nebo dokonce ovlivní její výsledný produkt. Reakce, které je možné ovlivnit magnetickým polem, jsou známy již od roku 1970, takže ani tato hypotéza není zcela nepravděpodobná.

Je magnetické pole modré?
Určitá část magneticky ovlivnitelných reakcí je spouštěna absorpcí světelného záření. Pozornost vědců se proto obrátila k oku jako k jednomu z možných míst, kde by se mohl skrývat magnetocitlivý orgán. Horkým kandidátem je protein kryptochrom, který je citlivý na modré světlo, nachází se na sítnici u velkého počtu zvířat a má ty správné chemické vlastnosti. V oku ho mají například ptáci. Oblast retiny, kde se nachází, vykazuje velkou neuronální aktivitu v okamžiku, kdy se zvíře orientuje magneticky. Jeho výzkum byl proveden na octomilkách, kdy mušky s tímto proteinem v oku dokázaly trefit ve směru magnetického pole, zatímco mutanti bez kryptochromu to nezvládli.

Předpokládá se, že pokud by kryptochrom jako magnetický senzor opravdu fungoval, zvíře by kromě normálního obrazu světa vidělo i nějaké další barvy či skvrny; ty by se měnily podle toho, kterým směrem se tvor dívá.

Hledejte, hledejte, hledejte...
Výzkum magnetického smyslu je zatím v samých počátcích. Víme sice, že se zvířata podle magnetického pole řídí, ale nevíme jakým způsobem, ani kde bychom jejich magnetický smysl měli hledat. Je to opravdu velká výzva. Zejména když uvážíme, že magnetický smysl může mít i celá řada živočichů, u kterých jsme jej zatím nepředpokládali. Celkem nedávno skupina českých vědců prokázala, že krávy se orientují na pastvě severojižním směrem a i ony mají tedy určitý cit pro magnetické pole. Proč by nemohl mít magnetický smysl i člověk? Zkuste si sami na sobě vyzkoušet, jestli vnímáte magnetické pole, případně vymyslete pokus, který by to prokázal.

Zdroj:
Nature, Vol 464, 22 April 2010, str.1140–1142