Физический импринт

Мы часто забываем, что все физические явления суть результат взаимодействий на уровне элементарных частиц. Тяготение, магнетизм, свет, электричество, теплота порождаются взаимодействиями между частицами или атомами; первые два вида сил действуют между лептонами и кварками. Свет есть поток фотонов; электричество порождается потоком электронов; температура отражает скорость движения атомов. Покажем теперь, как эти процессы повлияли на биологическую эволюцию у самых ее истоков и наложили физический импринт на каждое биологическое явление.
Восприятие силы тяжести растительными клетками
Большинство растений ориентировано по направлению к центру Земли. Восприятие гравитации наиболее явно выражено у растений в виде так называемого геотропизма. Этим термином обозначают стимулируемые гравитацией движения в ходе роста. Главная ось растения направлена вдоль линии силы тяжести. Стебли растут вверх от центра Земли, корни, напротив, в сторону ее центра. Как отмечали Уоринг и Филлипс, «растения должны обладать механизмом, различающим направление гравитационных сил». Было обнаружено, что георецепция, с одной стороны, и вызванные гравитацией перемещения зерен крахмала в растительных клетках — с другой, обладают сходными кинетическими характеристиками. Эти зерна, седиментирующие в гравитационном поле, обычно являются амилопластами; их именуют статолитами. Считают, что их седиментация и в стеблях, и в корнях вызывает повышение давления на клеточные стенки, что влияет на активность гормона роста.
Ауксин в стеблях и корнях движется в направлении силы тяжести и концентрация его повышается в нижней части стебля, растущего поэтому вверх. У корней органом, чувствительным к гравитации, является чехлик; в нем образуются регуляторы, определяющие направление роста. Чехлик подавляет удлинение корня, а при горизонтальном его положении сильнее тормозит рост нижней его стороны; в результате корень изгибается вниз.
Сила тяжести определяет полярность растения, которая в свою очередь определяет полярность его органов, а также зародыша
Из зиготы пастушьей сумки не образуются две идентичные клетки, чего можно было бы ожидать, полагая, что обе они имеют одинаковую генетическую конституцию. Напротив, с самого начала их положение, размеры и форма различаются. Первая клетка занимает терминальное положение, мала и имеет форму, близкую к сферической; вторая — базальная крупная эллипсоидная клетка. Все будущее развитие определяется одним только первым делением: из терминальной клетки формируется большая часть зародыша, тогда как базальная дает начало подвеску, или суспензору. У всех покрытосеменных наблюдается, с незначительными различиями, тот же ход развития, что и у Capsella.
Полярность раннего зародыша выявляется уже в яйцеклетке:.плотность цитоплазмы на разных ее концах неодинакова. По-видимому, именно эта полярность неоплодотворенной растительной яйцеклетки и служит причиной неравного первого деления зиготы.
Этот вывод подкрепляется электронно-микроскопическими исследованиями цитоплазмы неоплодотворенного яйца Capsella.. Его цитоплазматический конец, обращенный к микропиле, содержит более плотную цитоплазму и ядро, тогда как в халазальном конце имеются крупные вакуоли. Именно более плотная цитоплазма переходит в клетку, дающую начало зародышу, а из конца, содержащего вакуолизиро-ванную цитоплазму, образуется клетка, из которой формируется подвесок.
Полярность растения определяется силой тяжести; вдоль этих силовых линий ориентированы семязачаток в цветке и яйцеклетка в семязачатке. Внутри яйцеклетки вакуоли как более легкие структуры находятся вверху. Таким образом, элементарный физический фактор — гравитация,— не имеющий отношения к генетическим механизмам, создает эту последовательность условий, которые направляют клеточную дифференцировку.
Слоистость расположения по удельному весу макромоле кулярных компонентов в оплодотворенном яйце у животных и ее значение для последующей дифференцировки клеток
В яйце животных часто наблюдается слоистое расположение цитоплазматических компонентов: гранул, желтка, пигмента. У многих видов эти компоненты различаются по удельному весу: они расположены симметрично относительно оси яйца, находящегося во взвешенном состоянии так, что его ось вертикальна и один из полюсов находится наверху.
В яйцах пресмыкающихся и птиц сравнительно тяжелый желток располагается главным образом в одном из полушарий. У яйца, находящегося во взвешенном состоянии, это полушарие под действием гравитации обращено вниз. С икринками лягушек был проведен простой опыт, иллюстрирующий ключевую роль гравитации в формировании клеточной структуры. Яйца лягушки могут свободно вращаться и в естественном положении ориентированы вегетативным полюсом вниз. Если яйцо перевернуть, оно возвращается в нормальное положение. Если же этому воспрепятствовать и задержать яйцо в перевернутом состоянии, то более тяжелый желток начнет перемещаться вниз, а более легкое содержимое — вверх.
Особенно важным аспектом способности гравитации направлять развитие является то, что полярность яйца определенным образом связана с последующим формированием тела. Из верхнего полушария обычно образуется эктобласт, или эктодерма, а из нижнего — эн-тобласт, или энтодерма.
Слои содержимого неразделившегося яйца Ascaris сопоставляли с будущей функцией различных тканей и органов тела. Отдельные слои дают начало эктодерме, мезодерме и энтодерме, а из промежуточного слоя, по-видимому, формируется первичная половая клетка.
Действие силы тяжести на различные компоненты клетки создает ту основу, которая определяет пути дифференцировки - будущего организма.
Информационные макромолекулы определенным образом распределяются относительно оси яйца.
Мощным стимулом к развитию экспериментальной эмбриологии и биохимии морфогенеза послужили три открытия. В развивающемся яйце обнаружили: 1) четко выраженную полярность; 2) структурные градиенты; 3) поля дифференцировки. Долгое время корреляция этих свойств с конкретными молекулярными процессами была затруднена, и на них не обращали особого внимания. Сейчас появляется все больше данных, свидетельствующих о том, что родительские РНК в яйцах и зародышах располагаются в соответствии с полярностью яйца и распределены в нем в соответствии с теми или иными градиентами.
Выявление специфичных мРНК на срезах яиц и зародышей асцидии Styela путем гибридизации in situ с препаратами клонированной ДНК показало, что некоторые родительские РНК распределяются в цитоплазме яйца неравномерно. Согласно известному описанию Конклина, в яйце этого вида имеются три по-разному окрашенных компонента цитоплазмы; они располагаются определенным образом относительно осей зародыша и при последующем развитии образуют: 1) эктоплазму; 2) эндоплазму; 3) желтый серповидный слой. Из этих частей яйца происходят соответственно эктодермальная, эндодермальные и мезодермальная линии клеток. Оказалось, что гистоновая мРНК распределяется в яйце равномерно, тогда как актиновая сконцентрирована в основном в эктоплазме и в желтом серповидном слое.
В цитоплазму вегетативного полюса яиц Xenopus вводили полиадениловую РНК. Эта экзогенная РНК распространяется от вегетативного полюса вдоль аяимально-вегетативной оси, формируя концентрационный градиент. Этот градиент образуется в результате активной миграции экзогенной РНК в вегетативное полушарие в промежутке времени между оплодотворением и первым делением дробления. Таким образом, на уровне специфичных РНК получены подтверждения того, что информационные макромолекулы распределяются относительно оси яйца в соответствии со структурными градиентами.
Влияние гравитации на формирование органов животного
Гидроид Antennularia antennina состоит из вертикального ствола, у основания которого имеются столоны, растущие «к центру Земли», т. е. в направлении гравитационных сил. На боковой поверхности центрального ствола образуются полипы. Если отрезать сегмент ствола и перевернуть его на 180°, то столоны будут регенерироваться только на обращенном к земле нижнем конце, а на верхнем будет нарастать ствол. Если сегмент расположить горизонтально, то столоны будут расти на стороне ствола, обращенной вниз, а посередине сегмента появится новый ствол, растущий вверх.
Для этого беспозвоночного тяготение является фактором, определяющим и место образования его органов, и направление их роста.
Так называемые органы равновесия — это группы специализированных клеток, которые у животных воспринимают силу тяжести и позволяют организму ориентироваться относительно ее направления. Они имеются у простых беспозвоночных — медуз; их называют статоцистами.
Орган представляет собой полость, выстланную изнутри ресничными клетками, соприкасающимися со статолитом. Им может быть песчинка или крупинка известковой конкреции. Статолнт может быть секретирован эпителием статоциста илк захвачен животным из внешней среды.
Электрофизиологическая регистрация импульсов от нервных волокон, контактирующих со статолитом статоциста у омара, показывает, что если животное наклоняют, то каждая клетка статоциста отвечает максимальным разрядом, когда она находится в некоем оптимальном положении. Сенсорная реакция на перемещение вызывает рефлекторные движения конечностей, возвращающие животное в нормальное положение относительно направления гравитационных сил.
У позвоночных органы, ответственные за постоянное поддержание равновесия в поле тяжести, находятся во внутреннем ухе. Они состоят из трех полукружных каналов, заполненных эндолимфой и расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях. При движении или изменении положения головы и тела в пространстве эндолимфа в каналах перемещается, отклоняя волоски чувствительных клеток. Сенсорные сигналы от этих клеток передаются мозжечку и вызывают рефлекторные движения, с помощью которых животное контролирует свое положение относительно вертикальной оси.
Барорецепторы человека воспринимают и оценивают изменения силы тяжести.
Мало кого подвергали таким основательным физиологическим обследованиям, как астронавтов, участвовавших в космических полетах. В частности, тщательно регистрировались физиологические последствия уменьшения силы тяжести или полной невесомости. Организм человека противодействует силе тяжести, иначе эта сила вызвала бы прилив крови к ногам при вставании из лежачего положения. Мозг обескровился бы, если бы не было барорецепторов, ощущающих кровяное давленне, оценивающих его и в нужный момент посылающих соответствующие сигналы. Последние вызывают две реакции: учащается сердцебиение и сужаются сосуды в нижней части тела. В результате в мозге и в нижних конечностях поддерживается одинаковое кровяное давление.
Гравитация влияет на поведение животных
Как известно, одним из компонентов поведения животных и человека, имеющим и генетическую, и социальную природу, является язык. Обычно, однако, упускают из вида, что на этот компонент влияет и чисто физический фактор.
Танец медоносных пчел, являющийся по сути дела своеобразным языком, непосредственно определяется гравитацией. Пчела после сбора пищи на цветах возвращается в улей и сообщает другим членам сообщества об источнике пищи. Указание направления к нему основывается на информации, полученной с помощью трех сенсорных процессов: 1) зрения; 2) чувства времени, определяемого внутренними биологическими часами; 3) восприятия силы гравитации с помощью сенсорных органов.
Эти органы расположены в двух областях: один между головой и грудью, другой между грудью и брюшком. Когда пчела прилетает к затененному улыю, где не видно солнца, она переводит собранную в полете информацию на язык, использующий направление силы тяжести, а именно — горизонтальное направление полета относительно положения солнца изображается как направление танца в вертикальной плоскости относительно оси гравитации. Пчела в своем танце поднимается вверх, проявляя так называемый отрицательный геотаксис. Расстояние до источника пищи обозначается длительностью колебательных движений во время танца.
Упомянутые выше органы действительно функционируют как рецепторы гравитации: это показал анализ поведения пчел после перерезки соответствующих нервов. Такие пчелы полностью утрачивали способность к ориентированному танцу в улье.
Подобную способность к преобразованию ориентации на освещение в направление относительно силы тяжести обнаруживают и другие виды насекомых: муравьи и жуки. Существуют и различия в этом отношении между видами, показывающие, что механизмы восприятия гравитации у них неодинаковы. Эти наблюдения и опыты свидетельствуют о влиянии гравитации на поведение животных.

Свет и электромагнитное излучение
Спектр электромагнитного излучения весьма широк — он простирается от компонентов космических лучей до радиоволн. Видимый свет занимает узкую полосу в средней области спектра. Во Вселенной существуют два вида равномерно рассеянного излучения: рентгеновы лучи и микроволны. Рентгеновы лучи наполняют Вселенную диффузным свечением равной интенсивности во всех направлениях. Столь же равномерно распределены в пространстве и микроволны. Напротив, лучи видимой, ультрафиолетовой, инфракрасной и радиоволновой областей электромагнитного спектра в основном испускаются небесными телами: звездами и галактиками.
Микроволновое свечение считают реликтом Большого Взрыва, происшедшего при возникновении Вселенной. Происхождение фона рентгеновых лучей труднее поддается объяснению, но возможным их источником могут быть отдаленные квазары. Последние представляют собой нвазизвездные объекты, которые в отличие от обычных звезд являются источниками интенсивных радиоволн и отдаляются от Земли с огромными скоростями.
Эти виды излучений уже присутствовали во Вселенной в период появления организованных форм жизни, и следует поэтому считать, что они внесли вклад в становление этих форм.
Фотоморфогенез
Путь к пониманию фотоморфогенеза открыло изучение светочувствительности семян латука. Семена эти прорастают при непродолжительным облучении их красным светом, но последующее действие на них света крайнего красного участка спектра предотвращает прорастание. По-видимому, в семенах содержится фоторецептор, принимающий одну из двух конформаций; при одной он поглощает свет в окрестности 660 нм, а при другой — в крайней красной области спектра. Оказалось, что именно к такому внутримолекулярному переходу способен фитохром, существующий в двух альтернативных формах.
Система фитохрома регулирует широкую группу реакций различных растительных организмов: водорослей, мохообразных, папоротниковых, голосеменных и покрытосеменных. Из таких реакций можно отметить: появление листвы, удлинение междоузлия стебля, появление зачатков корней, прорастание спор.
Для осознания того, что эволюцию детерминируют чисто физические факторы, важен следующий экспериментальный факт: эффекты светопоглощения в узких спектральных полосах проявляются не только в виде биологических реакций органов, но могут наблюдаться также на клеточном и молекулярном уровнях. К числу фотоморфогенетических реакций относятся также: подвижность хлоропластов, синтез ферментов, синтез антоцианина, изменения проницаемости мембран. Именно этн четыре вида процессов играют решающую роль в клеточной дифференцировке и эволюции.
Растительные ткани способны проводить свет.
Было показано, что этиолированные ткани ряда растений функционируют подобно пучкам оптических волокон и способны проводить когерентные световые лучи на расстояние не менее 20 мм. Свет при этом распространяется вдоль тканей, претерпевая полное внутреннее отражение. Это показано для фасоли золотистой, овса, кукурузы. Даже кратковременное освещение кончика колеоптиля овса обычным светом может индуцировать морфогенез задолго до появления ростка из почвы. Проводят свет сами клетки, а не ^клеточные стенки.
Как стало известно с некоторых пор, достаточно освещать один только лист при определенных условиях, чтобы повлиять на все растение. Теперь можно объяснить это явление обнаруженными светопроводящими свойствами растительных тканей.
Растения способны «видеть» свет.
Физиологи растений были вынуждены признать, что растения способны «видеть». Бьерн подробно обсуждал сходства и различия растений и животных с этой точки зрения. Его работа озаглавлена: «Как растения видят». У растений нет ни глаз, ни нервной системы, но они обладают хорошо развитым «зрением». Животные с помощью зрения обнаруживают пищу, тогда как для растений свет сам по себе служит источником пищи. Различия же зрения животных и «зрения» растений заключаются в следующем.
Животные и человек с помощью зрения определяют положение предметов и наблюдают за их передвижением, но не очень успешно оценивают интенсивность света и его спектральный состав. Растения же получают с помощью зрения информацию четырех видов: 1) интенсивность света; 2).периодичность освещения; 3) спектральный состав света; 4) преимущественное направление его распространения.
Основной функцией хлорофилла является его участие в фотосинтезе, но он играет роль и в определении интенсивности света. Он влияет на открывание и закрывание устьиц на поверхности листа. Для оценки периодичности освещения растения используют фитохром. Другое соединение — криптохром — дает растению возможность улавливать направление лучей света. Его спектральный состав оценивается с помощью фико-цианина и аллофикоцианина.
Фотопериодизм и регуляция размножения у растений
Явление фотопериодизма открыли Гарнер и Аллард. Соотношение длительности светлого и темного периодов суток определяет время цветения. По реакции на долготу дня выделяют три группы растений: растения короткого, длинного и нормального дня. Основная роль фотопериодизма заключается в инициации цветения — явления, имеющего решающее значение для воспроизведения вида. Кроме начала цветения фотопериодизм влияет и на другие процессы. Долгие дни способствуют росту корней георгина и побегов земляники.
Таким образом, размножением и ростом растений управляет простой физический фактор — свет.
Фотопериодизм регулирует размножение у животных.
Продолжительность светового дня влияет на ряд сезонных физиологических реакций у беспозвоночных и позвоночных, включая млекопитающих. Длинные дни стимулируют окукливание у галлиц, откладывание яиц в диапаузе у шелковичного червя и созревание гонад у различных видов ящериц, птиц и млекопитающих.
Короткие дни стимулируют развитие тли из оплодотворенных яиц, течку у ряда млекопитающих. С продолжительностью дня связывают также миграцию птиц, зимнюю спячку животных, изменение окраски волосяного покрова у млекопитающих. Итак, свет обусловливает репродуктивные процессы и у высокоорганизованных существ — млекопитающих.
Температуру ощущают и растения, и животные.
Пшеница — как озимая, посеянная осенью, так и яровая, посеянная весной, — зацветает следующим летом. Однако озимые пшеница или рожь, посеянные весной, не цветут. Установлено, что необходимым условием для цветения этих зерновых является пребывание их при низкой температуре во время прорастания или последующего развития.
Позднее было показано, что обработку холодом, требующуюся семенам озимой пшеницы, можно проводить искусственно непосредственно перед весенним севом. Этот прием, именуемый яровизацией, выгоден экономически. Он иллюстрирует решающее влияние температуры на развитие растений и на клеточную дифференцировку. После яровизации всем формирующимся в дальнейшем тканям передается новое физиологическое состояние. Оно не утрачивается при последующих клеточных делениях.
У животных имеются специализированные клетки, чувствительные к температуре, — терморецепторы. Одни из них находятся на поверхности тела и дают информацию о температуре среды; другие расположены во внутренних органах и управляют механизмами, регулирующими температуру тела у млекопитающих и птиц. Гремучая змея способна обнаруживать тепловое излучение мыши на расстоянии 40 см от нее, если температура тела мыши на 10° выше, чем температура среды.
Температура и канализация путей эволюции
Температура относится к числу факторов, влияющих на фотосинтез. Участвующие в нем ферментативные темновые реакции сильно зависят от температуры. Она влияет и на раскрывание устьиц у растений, считающееся защитным механизмом против перегрева. Зависят от температуры скорость роста органов растений и их движения. В ответ на ее изменения происходит раскрывание и закрывание цветка тюльпана. Температура, как и свет, представляется решающим фактором в механизме регуляции роста и развития.
Температура влияет на пол у рыб.
Считают, что пол определяется исключительно половыми хромосомами или их взаимодействием с аутосомами. Пол, таким образом, фиксируется при зачатии; соотношение полов у потомства составляет приблизительно 1:1. Однако пол может зависеть и от таких физических факторов, как температура. Обнаружено, что у рыбы Menidia me-nidia формирование пола в критической фазе личиночного развития находится и под генетическим, и под температурным контролем. Отношения полов у потомства, полученного из яиц, которые выдерживали при двух температурных режимах — от 11^е до 19 °С и от 17° до 25 °С— существенно изменялись. Было показано, что различные материнские генотипы значительно варьировали и расходились по своей реакции на температурную обработку. Такое же явление характерно для черепах и беспозвоночных. Считается, что пол угря, у которого не идентифицированы половые хромосомы и отношение полов отклоняется от 1:1, как и у Menidia, определяется в основном внешними факторами.
Электрические свойства: электропроводность и ионная специфичность
Электрические свойства лежат в основе многих клеточных процессов; один из них — избирательное связывание ионов. Свободные ионы в растворе электростатически взаимодействуют с центрами связывания в макромолекулах и мембранах. Такие взаимодействия приводят к специфичному связыванию ионов, существенному для активации ферментов и для мембранного транспорта.
Электрические поля в растительных и животных организмах
Исследование передвижения молекул ауксина в тканях под действием гравитационных сил привело к обнаружению электрического потенциала, который появляется у стеблей и корней в горизонтальном положении. Разность потенциалов составляет от 5 до 20 мВ; нижняя сторона тканей заряжена положительно, верхняя — отрицательно. Причиной возникновения электрического поля служит перемещение анионов диссоциированного ауксина. Облучение красным светом приводит к быстрым изменениям электрического потенциала в ряде органов растений.
У животных электрические свойства и связанные с этим процессы выражены в значительно большей степени, чем у растений. У рыб имеются специализированные клетки — электрорецепторы, улавливающие электрические токи в окружающей морской воде. Электрорецепторы в значительной мере служат для ориентировки, коммуникации и для обнаружения добычи. У электрического угря имеются специальные органы, состоящие из модифицированных мышечных тканей; они генерируют мощные электрические разряды. У электрических скатов рода Torpedo зарегистрированы электрические токи напряжением 200 В и мощностью 2000 Вт.
Электрические токи влияют на клеточную дифференцировку.
В ходе оплодотворения яйца возникает электрический ток. В большей части случаев полиспермия блокируется у яиц двумя способами: первый имеет электрохимическую природу, второй заключается в образовании белковой оболочки. Как только сперматозоид прикрепляется к поверхности яйца, возникает электрический ток длительностью около 30 с. Такое блокирование сходно с химическим механизмом реакции нервных клеток на возбуждающие импульсы. Поток ионов от сперматозоида проникает через ионные каналы в мембране яйца, потенциал которого из отрицательного становится положительным благодаря притоку ионов натрия. Электрическое блокирование длится достаточное время, чтобы предотвращать прикрепление других сперматозоидов до тех пор, пока не успеет образоваться белковая оболочка, более эффективно препятствующая полиспермия.
Яйца Fucus после оплодотворения высвобождаются в морскую воду. Ось полярности яйца еще до появления ризоида испытывает влияние физических факторов: будущая ризоидная сторона клетки становится электроотрицательной. В этот конец проникают ионы натрия и кальция, а в область таллома — ионы хлора, в результате чего через клетку проходит ток. Считают, что электрическое поле инициирует процесс дифференцировки.
Электрические токи и эмбриональное развитие
Возможно, роль электрических токов в эмбриональном развитии более велика, чем предполагалось. В слоях эпителия у куриных зародышей вследствие работы натриевого насоса создается положительный потенциал, вызывающий трансэпителиальные электрические токи. Эти последние могут создавать предпосылки для движения клеток зародыша или направлять эти движения. Чтобы получить количественные данные о таком процессе, изучали подвижность зародышевых клеток перепела в электрическом поле. У этих клеток обнаружилась неожиданно высокая чувствительность к слабым постоянным электрическим нолям. Наблюдались три эффекта: 1) клетки ориентировались длинными осями перпендикулярно силовым линиям поля при градиентах напряжения от 150 до 600 мВ/мм; 2) клетки перемещались к катоду, а при обращении тока двигались в обратную сторону; 3) через один час пребывания в поле с градиентом 400 мВ/мм клетки удлинялись и ориентировались перпендикулярно силовым линиям. Средняя скорость миграции клеток составляла.
Влияние электрических полей на поведение животных
При полете птицы и насекомые неизбежно испытывают на себе влияние электрических токов и сил, и в их теле индуцируются диполи. Аналогичным образом, испытывают влияние электрических токов и животные, находящиеся на земле. О влиянии электрических биополей на поведение животных свидетельствуют опыты самого разного рода.
Магнетизм: взвесь частиц в магнитных полях
Магнит —-это любой кусок железа или другого материала,, обладающий способностью притягивать железо или сталь; само же проявление такой способности называется магнетизмом. Силовые линии поля естественного магнита всегда сходятся к двум точкам. Все магниты — диполи, т. е. имеют две области противоположной полярности, называемые южным и северным магнитными полюсами. Высказывается предположение о существовании раздельных монополей, однако они пока не обнаружены. Поскольку клеточное содержимое является водной фазой, представляют интерес также и свойства магнитных жидкостей. Эти последние во многих отношениях уникальны. Примером может служить взвесь частиц тонко измельченного магнетита в керосине. В ферромагнитной жидкости, помещенной в магнитное поле, возникают механические силы в результате действия поля на дипольные моменты твердых коллоидных частиц.
Под действием однородного горизонтального магнитного поля в магнитной жидкости образуются сложные извилистые структуры с тончайшим рисунком, напоминающим лабиринт. В таких жидкостях наблюдается также особый вид устойчивого равновесия взвеси.
Явление магнетизма в твердой и жидкой средах приобретает особую значимость при рассмотрении эволюции организмов ■в связи с обнаружением частиц магнетита в клетках прокариот и высших эукариот.
Реакция бактерий на магнитное поле Земли
О влиянии магнитного поля Земли на живые организмы четко свидетельствуют многие эксперименты. Реакция перемещения бактерий в магнитном поле называется магнитотаксисом.
Бактерии из морских отложений быстро мигрируют в локальном геомагнитном поле. Если передвигать небольшие магниты вблизи бактерий, направление движения последних немедленно изменяется. Бактерии реагируют на слабые поля порядка 0,5 Гс. Путем изменения конфигурации магнитных полей было показано, что движение бактерий, осуществляемое с помощью жгутиков, направляется магнитным полем Земли.
Магнитотаксис проявляют и бактерии другой группы, присутствующие в пресноводных донных осадках. Их клетки содержат кристаллы железа размером 100X150 нм, в среднем по 22 кристалла в одной клетке; весовое содержание железа в их сухом веществе составляет 1,5%. По данным мёс-сбауэровской спектроскопии, внутриклеточное железо представляет собой магнетит.
Тело насекомых обладает остаточным магнетизмом.
Влияние магнитного поля на пчел проявляется в виде различных эффектов.
1. Если пчелиный рой лишен возможности ориентироваться, пчелы строят соты, соблюдая то же направление относительно внешнего геомагнитного поля, что и в родительском улье.
2. Если лишить пчел информации о ходе времени, они, по-видимому, устанавливают свои биологические часы по периодическим суточным изменениям магнитного поля Земли.
3. Этот ритм нарушается, если на пчел подействует магнитное поле несравнимо большей силы, чем поле Земли.
Наложение сильного магнитного поля примерно в 700 Гс показало, что в организме пчел имеется вещество, сохраняющее остаточную намагниченность, и сосредоточено оно только в тканях фронтальной части брюшка; именно здесь и был обнаружен магнетит. Считают, что пчелы приобретают магнитный «импринт» в процессе развития, так как вследствие неизменной ориентации ульев геомагнитное поле всегда направлено перпендикулярно телу пчел, развивающихся в ульях.
Магнитное поле служит для птиц источником информации.
Домашние голуби, выпущенные в незнакомом месте, при возвращении домой используют «картографическое чувство» и «чувство компаса». Твердо установлено, что в ясные дни они ориентируются по солнцу, но правильный путь голуби выбирают и в пасмурную погоду. Способность ориентироваться при сплошной облачности утрачивается ими, когда к их голове прикреплен небольшой магнит. Это показывает, что они используют для ориентации информацию о магнитном поле. Поиск в теле голубей при помощи магнитометра доменов с устойчиво высокой магнитной восприимчивостью показал, что у каждого подопытного голубя в тканях, расположенных с одной стороны черепа и близко примыкающих к нему, содержится магнитный материал. Кристаллы, извлеченные из этих тканей, состоят из магнетита.
Физические факторы, влияющие на дифференцировку, играют и эволюционную роль.
У растений не существует четкого разграничения между соматическими и половыми клетками. Следовательно, факторы, влияющие на дифференцировку, воздействуют также и на эволюцию. Это утверждение справедливо и для некоторых беспозвоночных животных, а отчасти и для позвоночных.