17 юни 2019
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Говорят медиците
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Откриха за първи път протеинови биокомпаси у животните

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 19 ноември 2015 в 09:5438500

В някои от най-епичните си пътешествия животните се ориентират без грешка хиляди километри, а учените отдавна подозират, че птици, пеперуди, китове, сьомга, а дори и хора  намират своя път, използвайки магнитно поле на Земята.

Сега китайски учени са открили как става това. Те твърдят, че са намерили биологичен компас: един пръчковиден комплекс от протеини, който може да се подравнява с линиите на слабото магнитно поле на Земята.

В новото изследване екип, ръководен от проф. Цан Сие (Can Xie) от Пекинския университет, изследвайки генома на плодовата мушица дрозофила установили, че в клетките на тези насекоми структури от два вида протеини действат подобно на стрелките на компаса, съобщават изданията NewScientist и Nature.  

Резултатите и констатациите на изследването са публикувани в Nature Materials.

Много птици и морски животни, а дори и насекоми се ориентират в пространството по магнитното поле на Земята. Въпреки че магнитно поле на Земята е много слабо, 100 пъти по-слабо от магнитите за хладилник, то някак си се отразява на химичните процеси в живите организми.

Китовете белуга са сред видовете, за които се смята да използват слабото магнитно поле на Земята за навигация. Снимка: Дъг Алън / Nature Picture Library

Квантовата биология - едно възможно обяснение

По-рано биологът Клаус Шултен (Klaus Schulten) е изказал предположението за съществуването на такъв биокомпас. Той посочил, че светлoчувствителните протеини на ретината, наречени криптохроми ("cryptochromes" или "Cry"), играят важна роля в този механизъм, защото насекоми, на които с помощта на генното инженерство са им отстранени, губят способността си да реагират на магнитното поле.

Това откритие е един от поводите на появата на нов клон в науката: квантовата биология. Според проф. Джим Халили (Jim Khalili) вътре в криптохромата двойка електрони са квантово вплетени. При това квантово явление двете частици може да се намират далече една от друга, но остават взаимозависими.

Как действа биокомпасът според квантовата биология?

Действието на "компаса" започва с поглъщането на светлина от ретината на птицата, например. Попадането на фотона в криптохромата води до образуването на двойка свободни радикали - реактивни молекули, носещи всяка несдвоен електрон. Всеки един от тези електрони има вътрешен магнитен момент (спин), способен да улови външно магнитно поле. С отдалечаването на радикалите един от друг, спинът на единия от тях остава главно под влияние на близкото атомно ядро, а спинът на другия, се  ориентира по полето на Земята. Тази разлика в магнитните полета може да доведе радикалите до различни енергийни състояния, които се различават и по химични свойства.

Предполага се, че двата несдвоенни електрони в тази двойка, породена от поглъщането на един фотон в състояние на квантовата вплитане (quantum entanglement), при което спиновете на двете частици са свързани помежду си, без значение какво е разстоянието между тези частици. 

Но проф. Цан Сие твърди, че компас, основан единствено на криптохроми не би могъл да се задвижи.

Моделът две в едно

Други изследователи предполагат, че желязо-съдържащи съединения като магнетит, които са намерени в клетките на гълъби (в човката) и други животни, също може би играят някаква роля за усещането на геомагнитните линии.

Авторите на новото изследване обединяват двете идеи, след като само криптохромите не са достатъчно според тях, добавят и друг агент и това е един протеин, който съдържа желязо. Те моделират образуването на магнитно чувствителен комплекс от двата протеина.

Двата протеина - криптохромите Cry, които обхващат съдържащия желязо протеин MagR - образуват един вид пръчки, които се разполагат по протежение на линиите на магнитното поле на Земята. Тези протеинови групи са чувствителни към посоката на линиите на магнитното поле и интензивността на магнитното поле. Според хипотезата на авторите на работата, всяко смущение в магнитното поле се открива от протеиновите сензори или "биокомпаси" и се прехвърля в клетките, а от там в нервната система.

Биокомпасът е намерен в гълъби и пеперуди монарх

Екипът на Сие първо пресява генома плодовата мушица (правят му скрининг) за протеин, който би се вписал в този много специфичен модел.

Криптохромна молекула би трябвало да обвърже желязо и да се проявява (експресира) вътре в клетката, а не в клетъчната мембрана и това да става в главата на животното - където животните са склонни да усещат магнитните полета - и също трябва да си взаимодейства с криптохромите.

"Намерихме един [ген], който удовлетворява всички наши прогнози", споделя Сие. То е известен като CG8198, той свързва железни и серни атоми и участва в циркадните ритми (биологичния часовник) на плодова муха. Заедно с Cry, той образува наномащабна "игла" - пръчковидно ядро от CG8198 полимери с външен слой от Cry протеини, обхващащи.

Екипът на Сие дава на CG8198 новото име MagR, т.е. магнитен рецептор и след това използват различни методи, включително електронна микроскопия и компютърно моделиране, за да разберат структурата на протеина.

Те открили, че MagR и криптохромните протеини образуват цилиндър с вътрешен пълнеж от 20 MagR молекули, заобиколен от 10 криптохроми.

След това изследователите идентифицират и изолират този протеинов комплекс в гълъби и пеперуди монарх.

Изследователите открили, че магниточувствителните протеини, наречени MagR и светлoчувствителните протеини, наречени криптохроми образуват пръчковиден комплекс, който се ориентира от север на юг като стрелката на компаса.

Те са открили, че протеините, които действат като "компас" се произвеждат в ретината и нервните клетки, предават сигнала от окото към мозъка

Професор Цан Сие в интервю за The Guardian заяви, че откритият от него биокомпас може би е "универсален механизъм" на животните за усещане на магнитното поле, защото такава способност имат изключително разнообразие от животни от пеперуди и омари до прилепи и птици.

Учените не са категорични дали подобна система има и при хората. "Човешкото усещане за посока е сложно", заяви Сие. Но е факт, че някои хора много добре се ориентират в пространството.

Изследователите са първите, които показват, че протеините, отговорни за усещането на магнитното поле у животните образуват комплекс от магнитни и светлочувствителни молекули (вляво). В поредица от биохимични и биофизични експерименти, учените показват, че протеиновият компас Cry/MagR може да се образува в пеперуди монарх, гълъби, плъхове, китове и хората. (вдясно).

Това откритие предлага учени перспективата за използване на магнитни полета с контролни клетки. Сие заяви, че през април ще подаде в Китай заявка за патент, която включва използването на "магнитогенетика" и възможностите на магнитния протеин за манипулиране на големи молекули.

Скептично за откритието

Други учени не са убедени, че тези биологични игли функционират като компаси в живите организми.

"Това може да е много важна публикация или напълно погрешна. Силно подозирам, че е последното", заяви Дейвид Кийс (David Keays), невролог, който изучава магнитните рецептори в Института по молекулярна патология във Виена.

Екипът на Сие показа, че MagR и Cry се произвеждат в клетки в ретината на гълъби, но MagR и Cry се намират в много други клетки, коментира Кийс. "Ако MagR е реален магниторецептор, аз ще си изям шапката".

Източници:

Long-sought biological compass discovered, David Cyranoski

Animal magnetic sense comes from protein that acts as a compass, Anna Nowogrodzki

Magnetic ‘compass’ protein found in fruit flies, Emma Stoye

The secret of how pigeons find their way: Magnetic proteins in their EYES act like a compass...and humans have them too

Tiny protein 'compasses' found in fruit flies - and potentially humans

Раскрыта тайна ориентации животных по геомагнитному полю

Зарождение квантовой биологии

How quantum biology might explain life’s biggest questions, Jim Al-Khalili, TED


Препоръчани материали

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Биология
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.