超顺磁磁铁矿磁接收器磁学模型

生物磁铁矿磁接收器理论模型包括单畴磁铁矿磁接收器模型和超顺磁磁铁矿磁接收器模型.蜜蜂体内存在典型的超顺磁磁铁矿颗粒.本文以蜜蜂为例,从磁学理论角度出发,定性的探讨了超顺磁磁铁矿磁接收器的磁学模型和工作机制.在外磁场作用下,每个超顺磁颗粒会受到力的作用,同时伴随着尺寸沿着一定方向的收缩和扩张.超顺磁颗粒把力以及扩张收缩作用传递给外面的生物膜及生物骨架(埋藏在神经系统中)从而产生相应的神经信号,而多个超顺磁颗粒磁接收系统的存在会放大和加强信号的产生.

生物磁铁矿的磁各向异性与磁接收器

磁铁矿是分布广泛且非常重要的亚铁磁材料,也广泛分布在生物体中.生物体中的磁铁矿具有完美的晶体结构,大多为超顺磁颗粒或单畴颗粒,且大多呈链状分布,具有明显的磁各向异性.生物体中存在"磁接收器",生物磁铁矿是"磁接收器"的生物物理基础.本文中,从超顺磁磁铁矿颗粒和单畴磁铁矿颗粒的物理特性出发,主要是从它们的磁各向异性特性的基础上描述了生物磁铁矿和"磁接收器"的工作机制,即在某些条件下,在外界地磁场强度量级的磁场作用下,超顺磁颗粒或单畴颗粒可以诱导产生足够强的磁场,使邻近的晶体可以相互吸引或排斥,这些粒子间的相互作用可以改变晶体颗粒束所在的外围机体形状,而神经系统可以探测到单独的粒子束或一列粒子束的扩张或收缩,因此生物体就可以探测到磁场的方向以及强度等磁场参量.

单畴磁铁矿磁接收器磁学模型

很多生物可以利用地磁场辨别方向和方位,而生物磁铁矿被广泛发现存在于这些生物体中,研究者认为,生物磁铁矿与周围组织(包括神经组织)构成磁接收器,它在与外界磁场的相互作用中,将外界磁场信息转化成神经信息促使生物作出相应的反应;生物磁铁矿磁接收器理论包括单畴磁铁矿磁接收器模型和超顺磁磁铁矿磁接收器模型;趋磁细菌体内存在典型的单畴磁铁矿颗粒,本文中,以趋磁细菌为例,从磁学理论角度出发,定性的探讨了单畴磁铁矿磁接收器的磁学模型和工作机制:在外磁场中,外面包围着生物膜的单畴晶体会受到力的作用,单畴晶体把力转加给生物膜,再被生物膜中的机械感受器接收到,再转变为刺激信号,引起细胞相应的运动行为;或者是,磁铁矿粒子通过与生物膜的结合,把受到的力转变为打开或关闭离子通道,影响离子的流入,跨膜电势发生改变,从而产生刺激信号;多个单畴晶体及膜的存在会导致信号的增加与放大.

生物磁铁矿与磁接收器

很多生物的行为受到地磁场的影响,并利用地磁场作为长距离迁移和飞行的信息.研究者认为,这些生物体内存在磁接收器,是磁接收器接收到地磁信息并传递给神经组织.由于生物磁铁矿在生物体中的广泛存在,以生物磁铁矿为基础的磁接收器机制被提出.本文中主要综述了生物磁铁矿的物理特性、与神经组织的关系、以生物磁铁矿为基础的磁接收器模型以及某些实验验证结果.

蜜蜂体内的磁接收器

很多生物体内存在纳米磁铁矿颗粒,它们为体内的磁接收器奠定了生物物理基础,而磁接收器可以使这些生物能够利用磁场来辨别方位以及方向.蜜蜂腹部同样存在超顺磁磁铁矿颗粒,这些生物磁铁矿粒子尺寸的变化与铁沉积囊泡膜的相互抗拒作用以及与细胞骨架的相互作用组成一个完整的磁接收器系统,可以感觉磁场的变化并诱发神经信号的传递.

家鸽头部的磁性物质

磁铁矿可以在很多生物组织中被发现,国外研究者同样在家鸽上喙皮肤组织中发现了规则分布的超顺磁磁铁矿颗粒。他们应用透射电子显微镜确认了这些小磁铁矿晶体为尺寸在1—5 nm的聚集体,集中存在于皮下组织中。这些超顺磁粒子聚集体又形成直径为1—3μm的粒子束,分布在大细胞之间的长形结构中,并且与神经组织紧密相连。应用光学显微镜和电子显微镜,国外研究者也对家鸽上喙传入三叉神经末梢的次细胞组织进行了研究。这些神经末梢组织直径大约5μm,内部包含着聚集成束的超顺磁磁铁矿颗粒。大约10到15个粒子束存在于一个神经末梢中,沿着细胞膜排列。每一个超顺磁粒子束包埋在一个纤维杯中,口朝向细胞表面,通过纤维组织,这些粒子束粘附在细胞表面上。除了超顺磁颗粒,非晶态铁磷酸盐也被发现,它们沿着神经末梢的纤维中心分布。解剖特征表明,这些神经末端可以探测很小的地磁场强度的变化,考虑到以超顺磁磁铁矿颗粒为基础的"磁接收器"理论,他们还给出了几个"磁接收器"的模型。