Ученые обнаружили «GPS» возрастом 97 миллионов лет, который, возможно, использовался древними животными для навигации
Древние магнитные окаменелости свидетельствуют о том, что навигация животных с использованием магнитного поля Земли, возможно, развилась гораздо раньше, чем считалось ранее.
Исследователи обнаружили, по-видимому, самые древние из известных свидетельств внутренней навигационной системы у животных, что может помочь объяснить, как современные птицы и рыбы развили способность ориентироваться с помощью магнитного поля Земли на больших расстояниях.
Доказательства получены из микроскопических магнитных окаменелостей возрастом около 97 миллионов лет. Эти останки сохранились в древних донных отложениях и, как полагают, были созданы неизвестным организмом, чья идентичность до сих пор неясна.
Окаменелости имеют множество характерных форм, включая формы, напоминающие наконечники копий, веретена, пули и иглы. Каждая из них не больше бактериальной клетки. Ученые уверены в биологическом происхождении этих структур, однако до сих пор не могли определить, какое животное их создало и для каких целей они изначально предназначались.
Новый анализ прояснил часть этой загадки. Исследование предполагает, что эти магнитоокаменелости функционировали как своего рода внутренний GPS, позволяя ранним животным чувствовать и интерпретировать магнитное поле Земли в качестве ориентира для движения и ориентации.
Окаменелости раскрывают древнюю магнитную навигацию
Чтобы прийти к этому выводу, группа из Кембриджского университета и Берлинского центра имени Гельмгольца создала первые трехмерные изображения внутренней магнитной структуры окаменелостей. Их работа выявила особенности, специально предназначенные для определения как направления, так и силы магнитного поля Земли, свойства, которые обеспечивали бы точную навигацию.
«Какое бы существо ни создало эти магнитофоссилии, теперь мы знаем, что оно, скорее всего, было способно к точной навигации», — сказал профессор Рич Харрисон из Кембриджского факультета наук о Земле, один из руководителей исследования.
Полученные результаты представляют собой самые ранние прямые доказательства того, что животные использовали магнитное поле Земли для навигации, по крайней мере, 97 миллионов лет назад. Они также проливают свет на эволюционное происхождение этой способности, известной как «магниторецепция». Результаты опубликованы в журнале Communications Earth & Environment.
Магнеторецепция остается малоизученной
Жизнь развила целый ряд необычайных чувств, и магниторецепция — одно из наименее изученных. Птицы, рыбы и насекомые используют магнитное поле Земли для навигации на огромные расстояния, но как они это делают, до сих пор неясно. Одна из теорий заключается в том, что крошечные кристаллы магнетита внутри тела выравниваются по магнитному полю Земли, действуя как микроскопические стрелки компаса.
Некоторые бактерии, обнаруженные в озерах и других водоемах, обладают примитивной формой магниторецепции. Цепочки крошечных магнитных частиц внутри бактерий позволяют им выстраиваться в линию с магнитным полем, помогая им достигать желаемой глубины в толще воды.
«При ширине всего 50–100 нанометров эти частицы — идеальные стрелки компаса», — сказал Харрисон. «Если вы хотите создать наиболее эффективное магнитное чувство, чем меньше частиц, тем лучше».
Гигантские магнитофоссилии бросают вызов существующим представлениям
Но магнитофоссилии, изученные командой в рамках текущего исследования, в 10–20 раз крупнее магнитных частиц, используемых бактериями, и были найдены в Северной Атлантике. Ранее некоторые исследователи утверждали, что «гигантские» магнитофоссилии могли служить защитными шипами.
Однако моделирование показало, что они также могут обладать развитыми магнитными свойствами, что Харрисон хотел изучить подробнее. «Похоже, что это существо тщательно контролировало форму и структуру этих окаменелостей, и мы хотели узнать, почему», — сказал он.
Исследователи применили новую методику для визуализации внутренней структуры окаменелости, показав, как магнитные моменты (крошечные магнитные поля, создаваемые вращающимися электронами) расположены внутри магнитофоссилии.
До сих пор ученым не удавалось получить трехмерные магнитные изображения более крупных частиц, таких как гигантские магнитофоссилии, поскольку рентгеновские лучи не могли их проникнуть.
Исследование стало возможным благодаря методике, разработанной соавтором Клэр Доннелли в Институте Макса Планка в Германии и проведенной в рентгеновском центре Diamond в Оксфорде.
«То, что мы смогли составить карту внутренней магнитной структуры с помощью магнитной томографии, уже само по себе является отличным результатом, но тот факт, что результаты дают представление о навигации существ миллионы лет назад, действительно захватывает», — сказала Доннелли.
Магнитная конструкция, созданная для точности
Их изображения показали сложную магнитную конфигурацию, где магнитные моменты закручиваются вокруг центральной линии, проходящей через внутреннюю часть окаменелости, образуя вихревой узор, похожий на торнадо.
Этот вихревой магнетизм обеспечивает идеальные свойства для навигации, — сказал Харрисон, — создавая «колебание» в ответ на мельчайшие изменения силы магнитного поля, которые преобразуются в подробную информацию на карте. «Эта магнитная частица не только определяет широту, чувствуя наклон магнитного поля Земли, но и измеряет его силу, которая может меняться в зависимости от долготы», — сказал он.
Геометрия этой вихревой структуры очень стабильна, а это значит, что она может противостоять небольшим возмущениям окружающей среды, которые в противном случае могли бы нарушить навигацию. «Если бы природа создала GPS, частицу, на которую можно положиться при навигации на тысячи километров через океан, то это было бы что-то вроде этого», — сказал он.
