Як виглядають найменші у світі компаси
Вражаючі відкриття, що проливають світло на те, як бактерії можуть відчувати напрямок руху.
Любителі гуляти на свіжому повітрі погодяться зі мною, що ніщо не можна порівняти з запахом бруду з дна водойм і боліт. Характерні аромати створює атмосферу захопливих пригод, як, наприклад, застрягле в грязюці каное. Бруд, з його неприємним запахом і консистенцією, що чимось нагадує клей, зустрічається рідко у веселих подорожах. Більшість із нас вважає за краще навіть не торкатися до цих відкладень, щоб не випускати гази, які вони утримують.
Однак деякі люди будують свою кар'єру, вивчаючи організми, які мешкають у пахучому болотистому бруді. Річард Блекмор був одним з таких вчених. Як випускник Массачусетського університету, влітку 1975 року він зайнявся збором бактерій із бруду боліт, що розташовані уздовж Атлантичного узбережжя. Зібравши смердючі зразки бруду, після кожної експедиції він повертався в лабораторію для того, щоб виростити культури бактерій у цих зразках.
Один штам бактерій відреагував дуже несподівано. Незалежно від того, в якому навколишньому середовищі знаходилися ці мікрорганізми, вони завжди пливли в північному напрямку й завжди скупчувалися на північному краю крапельки, що знаходилась на предметному склі мікроскопа. Блекмор зацікавився, чи могли ці організми (розміром близько двох тисячних міліметра в довжину та близько чверті міліметра в ширину) визначити магнітну північ.
На мікроскоп був поміщений стрижневий магніт так, щоб він пересилював дію магнітного поля Землі. Бактерія і справді змінила напрямок, пливучи на північний край магніту. Цим простим дослідженням Блекмор відкрив нову область досліджень у біології: навігація організмів за допомогою магнітних сигналів.1 Існує доказ того, що не тільки чимало бактерій, але також і деякі морські водорості, комахи, слимаки й голуби здатні використовувати складні магнітні компаси.
Еволюціоністам зазвичай не подобається ідея про те, що живі істоти демонструють справжній «дизайн» або «задум» — тому що це має на увазі існування Бога, всезнаючого Творця. Вони вважають за краще вірити в те, що організми з'явилися самі по собі за допомогою процесів, які не направлялися розумом. Зазвичай вони кажуть, що організми «адаптувалися», а не що вони були створені.
Незважаючи на це, відомий еволюціоніст Стівен Джей Гулд зазначив, що нові бактерії, які володіють магнітними властивостями, є «вражаючим прикладом хорошого дизайну: організм, який будує витончену систему всередині свого власного тіла. Цією системою є магніт; а організм — "нижчі" бактерії».2
Починаючи з 1975 року, культури з більш ніж дюжини видів бактерій проявили реакцію на магніт. Бруд, узятий із середовища прісної і морської води, як і з очисних каналізаційних водойм, містив такі талановиті мікроорганізми.
Які дивовижні механізми містять у собі магнітні бактерії! Магніт у цих крихітних клітинах складається приблизно з двадцяти округлених об'ємних частинок, розташованих у лінію вздовж довгої осі клітини. Розмір кожної частки приблизно 50 нм з кожного боку (нм – це 10-9 м або одна мільйонна міліметра). Ці частинки не тільки належного розміру, що відповідають клітинам-господарям, але з точки зору фізики вони являють собою єдину конструкцію, яка при такому маленькому масштабі працює як магніт.
Ці частинки складаються з оксиду заліза, який називається магнітний залізняк або магнетит. У лабораторії важко створити частки магнетиту такого маленького розміру. Біологи не знають, як саме бактерії досягають такої точності.
Кожен, хто коли-небудь дивився через мікроскоп на маленькі об'єкти, які перебувають у воді, не міг не помітити, що всі вони знаходяться в постійному хаотичному русі, навіть у живих клітинах. Цей «броунівський» рух відбувається через випадкове зіткнення молекул, і чим вони тепліші, тим швидше вони рухаються.
Однак частинки магнетиту не повинні піддаватися зіткненням броунівського руху, інакше не було б магнітної орієнтації. Таким чином, кожна частка має бути здатною точно орієнтуватися в напрямку до магнітного поля Землі.
Яку перевагу отримує бактерія від своєї здатності плисти в північному напрямку, крім всіх цих цікавих особливостей? Біологи вважають, що ця здатність може забезпечувати механізм, який дає можливість бактерії орієнтуватися в просторі. Великі організми знають, де вони знаходяться по відношенню до земної поверхні, оскільки в цьому їм допомагає гравітація. Однак через свій маленький розмір бактеріям зробити це набагато складніше, тому що сила гравітації дуже слабка в порівнянні з іншими силами, такими як, наприклад, поверхневий натяг.
У північній півкулі магніти не тільки вказують напрямок північного магнітного полюса (на горизонтальній осі), але стрілка компаса також нахиляється вниз. Чим північніше ми знаходимося, тим крутішим стає нахил стрілки магніта. На північному полюсі такі магніти вказували б у протилежному напрямку, тобто вгору. Однак на екваторі магніти не приносять їм користь.
Ці бактерії, як видно, використовують компаси для того, щоб плисти вниз углиб осадів. Більшість із них може переносити нестачу або навіть повну відсутність кисню в навколишньому середовищі. Зазвичай вміст кисню знижується в міру просування вглиб бруду. Магнітний сигнал дає можливість цим мікроорганізмам просуватися вниз, подалі від підвищеної концентрації кисню. Даний феномен є незвичайним і складним рішенням поширеної проблеми для мікробів.
Це одне з чудес природи, про існування якого всього лише кілька років тому ми не могли й подумати.
Обдарування та таланти, даровані кожному створінню, відповідають їхній ролі в природі й екологічним вимогам. Який прекрасний їхній Творець!
