Главная / Наука о пчелах / Магнитный материал пчел

Свойства магнитного материала пчел

За последние тридцать лет были получены многочисленные доказательства влияния магнитных полей на жизнедеятельность пчел. Установлено, что локальные градиенты и суточные вариации геомагнитного поля служат источником биологически значимой пространственной и временной информации при строительстве сотов (Lindauer M., Martin H., 1972), составлении карты местности, (Collett T.S., Baron J., 1994), регуляции биологических часов (Lindauer M, 1976). Предполагается, что в восприятии магнитных полей участвуют обнаруженные у пчел и многих других организмов кристаллы магнетита - магнитоупорядоченного железосодержащего соединения Fe3O4 (Gould J.L. et al., 1978).

Однако, строение и свойства, а также механизмы функционирования кристаллов магнетита пчел изучены недостаточно. В частности, отсутствуют данные электронной микроскопии, способные предоставить более полную информацию об их размерах, форме, не исследована химическая структура магнитного материала, мало магнитометрических данных, на основании которых можно было бы сделать вывод о величине и направлении магнитного момента пчел. В данной работе представлены данные по размерам и форме экстрагированных частиц магнитного материала, полученные методом растровой электронной микроскопии, а также результаты измерений магнитных свойств пчелы с помощью СКВИД-магнитометрии.

Частицы магнитного материала пчел были экстрагированы из высушенных и измельченных тканей пчел методом магнитной сепарации и очищены от органических примесей путем обработки 5 % раствором гипохлорита натрия в течение 1 часа при комнатной температуре. Затем частицы были исследованы методом растровой электронной микроскопии (РЭМ), которая позволила определить форму частиц, оценить их размеры, рассмотреть при различном увеличении поверхность (рис. 1).
При малом увеличении (х90) заметно, что эти частицы (довольно крупных размеров и неправильной формы) имеют четко очерченные грани; их поверхность выглядит ровной. При больших увеличениях (х500) на поверхности хорошо рассматриваются отдельные детали: выступы, впадины, наросты.

Возможно, неправильная форма и неровная поверхность частиц связаны с присутствием некоторой части органических веществ, не разрушенных действием гипохлорита. Характерные размеры частиц составляют 40-60 мкм, между тем размеры кристаллов магнетита в многодоменном состоянии имеют размеры порядка 20 мкм, а в однодоменном состоянии не превышают 0,1 мкм. Столь крупные размеры магнитных частиц пчел можно интерпретировать по-разному. Во-первых, выделенный материал может быть представлен конгломератом сильно взаимодействующих (“слипшихся”) однодоменных или суперпарамагнитных частиц. Во-вторых, частица может иметь крупные размеры из-за большого количества органических соединений на ее поверхности. В-третьих, выделенные частицы могут быть представлены многодоменным магнетитом.

Рис.1. Магнитный материал пчел при различных увеличениях

Магнитный материал пчел при различных увеличениях

С целью изучения свойств магнитной фазы (в частности, для определения некоторых магнитных характеристик и идентификации магнитного материала) были проведены магнитометрические исследования с использованием СКВИД - магнитометра. Для анализа были отобраны взрослые насекомые, предварительно очищенные в дистиллированной воде и высушенные на воздухе. Магнитные измерения проводились полях до 50 000 Э при температуре 300 К.

Рис.2. Зависимость М∑ отдельно взятой пчелы при температуре Т = 300 К

Зависимость М∑ отдельно взятой пчелы при температуре Т = 300 К

Зависимость магнитного момента М∑(Н) образца приведена на рис. 2. Ее вид свидетельствует о вкладе в суммарную намагниченность диамаг-нитных и ферромагнитных материалов тела пчелы. В полях, превышаю-щих 5 000 Э, зависимость М(Н) линейна и имеет отрицательный угол к оси Н, что свидетельствует о том, что в данном диапазоне полей основной вклад в намагниченность вносит диамагнитная фаза Мд с диамагнитной восприимчивостью -1,3335*10-8 Гс*см3/Э (вероятно, хитин). Путем ис-ключения диамагнитного вклада была определена ферромагнитная состав-ляющая Мф = М∑ (Н)- Мд(Н), отображенная на рис. 3. Видно, что в насы-щении магнитный момент пчелы равен 4*10-5 EMU (Гс*см3); коэрцитив-ная сила Нс = 77 Э, сила реманенца – 300–420 Э, остаточный магнитный момент МR = 3,07*10-6 EMU.

Рис.3. Зависимость Мф отдельно взятой пчелы при температуре Т = 300 К (петля гистерезиса)

Зависимость Мф отдельно взятой пчелы при температуре Т = 300 К

Некоторые параметры петли гистерезиса могут быть использованы для определения состояния системы магнитных моментов в образце и косвенно - для получения информации о размере магнитных частиц в нем. Хорошими индикаторами доменного состояния служат такие параметры кривой намагничивания, как Ir/Is (эквивалентно Мг/Ms) и Hrc/Hc (табл. 1).

Таблица 1. Характеристики различных состояний биогенного магнетита

Параметры

Состояние магнетита

Результаты измерений

суперпарамагн.

однодоменное

многодоменное

Ir/Is

<< 0,1

0,3-0,5

0,01-0,3

0,077

Hrc/Hc

>> 10

1-2

3-5

3,7-5,2

размеры, м

≈ 10-8

3-5* 10-8

≈ 2*10-5

4-6*10-5


Из анализа полученных данных следует, что магнитный материал пчел представлен многодоменными частицами магнетита. Однако, для уточнения результатов, особенно для обнаружения магнетита в суперпарамагнитном состоянии, требуются дальнейшие магнитометрические исследования в области низких температур.

Г.В. Ломаев, Н.В. Бондарева. ГОУ ВПО Ижевский государственный технический университет

Литература:

  1. Collett T.S., Baron J. Biological compasses and the coordinate frame of landmark memories in honey bees //Nature. Vol. 368, 10 march 1994. P. 137 - 140.
  2. Gould J.L., Kirschvink J.L., Deffeyes K.S. bees have magnetic remanence //Science. 1978. V. 202. P. 1026 -1028.
  3. Lindauer M. Recent advances in the orientation and learning of honey bees. //Proc. 25th Int. Congr. Entomol., V.25. P. 450 - 460.
  4. Lindauer M., Martin H. Magnetic effects on dancing bees //Animal orientation and navigation. Eds. Galler et al. Washington DC. 1972. P. 559 - 567.