"자기 감각"을 완전히 이해하려면 다음 세가지에 대한 이해가 있어야합니다.
(1) 자기 입력을 매개하는 주요 프로세스의 세부 사항
(2) 감각 기관의 중추 신경계에 대한 위치, 구조 및 연결
(3) 자기정보 처리에 관여하는 뇌 부위
불행히도 자기 수용과 관련된 생리학적 및 신경생물학적 과정에 대한 우리의 이해는 여전히 상당히 제한적입니다. 조류는 가장 잘 연구된 종이지만 물고기는 신경해부학적 및 전기생리학적 증거가 있는 유일한 종입니다.
근본적으로 다른 원리를 기반으로 하는 많은 자기 수용 모델이 제안되었으며, 그 중 가장 두드러진 세 가지는 (1) 유도, (2) 화학 공정과 주변 자기장의 상호 작용, (3) 영구 자석 재료를 포함하는 공정입니다. 높은 전도성 환경 매개체로 바닷물을 필요로 하기 때문에 감지는 해양 동물에 국한될 것입니다. 홍어와 가오리는 서로 다른 방향으로 헤엄치면서 서로 다른 각도로 지자기장의 자기장 선을 가로질러 전기 기관에 서로 다른 전압을 유도합니다. 슬라이드 및 빔 앰플 기관은 물고기가 서로 다른 방향을 가리킬 때 발생하는 전압차를 감지할 수 있을 정도로 민감한 것으로 알려져 있지만 이 정보가 실제로 나침반 방향을 도출하는 데 사용된다는 증거는 아직 부족합니다.
1. "라디오 페어링" 메커니즘을 기반으로 한 자기 인식 및 관련 연구 결과
이것은 한 쌍의 자유 라디칼과 환경 자기장의 방향별 상호 작용을 기반으로 Schulten과 Windemut이 처음 제안하고 나중에 Ritz가 자세히 설명하는 "화학적 나침반"을 가정합니다. 그것은 새와 양서류에 대한 실험적 증거에 의해 뒷받침됩니다. 다른 두 모델은 민물과 육상 동물 모두에게 더 일반적이고 도움이 됩니다.
1.1. 모델
초기 단계에서 라디칼 쌍 모델은 광자를 흡수하고 단일 여기 상태로 상승하는 특수 광합성을 가정했습니다. 그들은 파손된 스핀과 함께 단일 라디칼 쌍을 형성하고 일중항-삼중항 상호 변환을 통해 평행 스핀을 가진 삼중항 쌍으로 변환될 수 있습니다. 자기장은 스핀 상태 사이의 전이 역학을 변경하므로 삼중항 수율은 주변 자기장에서 폴리머의 정렬에 따라 달라지므로 자기 방향에 대한 정보를 전달할 수 있습니다. 수용체 분자로서 Ritz와 동료들은 이들이 광분해효소와 관련된 식물의 알려진 종류의 광분자이며 자유 라디칼 쌍을 형성하는 능력을 포함하여 모델에 중요한 화학적 특성을 가지고 있다고 믿습니다.
자유 라디칼 쌍 메커니즘으로 자기 나침반 정보를 얻으려면 동물은 삼중항 생성물이 단일항 생성물과 화학적으로 다르다는 사실을 이용하여 다른 방향에서 삼중항 생성을 비교해야 합니다. 이를 위해서는 다양한 공간 방향으로 광점을 질서 있게 배열해야 합니다. 이러한 조건은 눈에 있는 수용체의 다소 구형 배열에 의해 충족될 수 있습니다. 특정 기호가 자기장 강도에 따라 달라지는 이 모드는 자기장 선의 축에 대해 대칭이므로 동물이 주변 자기장의 방향을 감지할 수 있습니다. 한편, 초기 광자 흡수는 자기 수용을 빛에 의존하는 과정으로 만듭니다.
1.2. 라디칼 쌍 모델을 뒷받침하는 증거
적극적인 페어링 메커니즘은 활성화된 축적 모드로 인해 기울어진 나침반을 제공합니다. 따라서 근본적인 쌍정 모델은 새, 양서류, 거북이의 자기 나침반에만 적용할 수 있습니다. 새의 경우 이 모델은 정상적인 기능 범위를 벗어난 자기장 강도에 노출되면 변경될 수 있는 자기 나침반의 좁은 기능 창에 대한 설명도 제공합니다. 이것은 처음에는 그들을 혼동시킬 수 있지만 패턴은 필드 라인 축을 중심으로 중심 대칭을 유지합니다. 충분한 시간이 주어지면 새는 새로운 패턴에 익숙해지고 그것을 해석하는 법을 배우고 방향을 잡는 능력을 되찾게 됩니다.
급진적 쌍 모델은 자기 수용이 빛에 의존한다고 예측합니다. 새와 도롱뇽의 자기 나침반 방향에는 빛이 필요합니다. 첫 번째 증거는 어린 비둘기가 자기 나침반을 사용하여 움직임의 방향을 기록하는 행동 실험에서 나온 것입니다. 완전한 어둠 속에서 마치 어린 비둘기가 뒤틀린 자기장에서 움직이는 것처럼 방향을 잃었습니다. 가시광선이 없을 때 방향 감각 상실은 도롱뇽 Notophthalmus viridescens에서도 관찰되었습니다. 후속 실험에서 양서류, 철새 및 비둘기에서 자기 나침반의 파장 의존성이 밝혀졌습니다. 반면 거북이는 완전한 어둠 속에서도 방향을 잘 잡을 수 있습니다. 여기에는 궤도 경사 나침반이 포함되어 있지만 완전한 어둠 속에서 라디칼 쌍을 생성하는 알려지지 않은 방법이 없다면 라디칼 쌍 모델에서 제안한 자기 수용체는 가능성이 없어 보입니다.
2. 자철석 및 관련 소견을 기반으로 한 자기 감지
마그네타이트는 산화철 Fe3O4의 특정한 형태로, 일반적인 성질은 입자의 크기와 모양에 따라 달라진다. 스핀 상호작용은 인접한 원자의 스핀을 정렬시켜 모든 스핀과 평행한 도메인을 형성한다. 약 1.2~0.05 lm 범위의 입자들은 하나의 도메인으로 구성되어 있으며, 작은 영구 자석 역할을 하는 안정적인 자기 모멘트를 가지고 있다. 실온에서는 열적 동요의 결과로 자기 모멘트가 변동하지만 외부 자기장에 의해 쉽게 정렬될 수 있다.
2.1. 모델
1970년대에 특정 박테리아가 자석으로 작용하고 이러한 박테리아를 따라 정렬되는 단일 도메인 자철광 사슬을 포함하는 것으로 밝혀졌습니다. 지구 자기장의 자기장 라인. 작은 자석에 의해 매개되는 자기 정보는 매력적인 아이디어이며, 생물학적 기원의 자기 물질의 존재는 저자들로 하여금 고등 동물의 방향에 대한 잠재적 역할에 대해 추측하게 했습니다. 이론적 고려 사항을 기반으로 자철석 가설은 자철광 입자가 자기 정보를 매개하는 방법에 대한 다양한 모델을 제안합니다. 마그네타이트 기반 자기수용체의 작동 방식에 대한 통일된 개념은 아직 존재하지 않습니다. 흥미롭게도 일부 모델은 극성을 예측하고 다른 모델은 축 응답을 예측합니다. 모델 계산에 따르면 마그네타이트 기반 수용체는 특정 구조와 포함된 마그네타이트의 양에 따라 방향 정보 또는 자기장 강도에 대한 정보를 전달할 수 있습니다.
2.2. 강하고 짧은 자기 펄스의 효과
첫 번째 행동 테스트는 일반적으로 자석이 자기 수용과 관련이 있음을 보여주기 위해 설계되었습니다. 그들의 목표는 자철광 결정의 자기 특성을 변경하여 잠재적 수용체를 방해하는 것이었습니다. 이것은 수신기의 출력을 크게 변화시킬 것으로 예상되므로 펄스는 자철광 입자를 재자화할 만큼 충분히 강해야 하지만 이러한 입자가 펄스 방향으로 회전하는 것을 방지하여 재자화를 방지할 만큼 충분히 짧아야 합니다. 대부분의 연구에서 3-5ms 기간의 0.5T 펄스가 사용되었습니다.
