Stereocilia buntar i innerörat. Kredit:KV Kavokin; EPJ ST
Statistisk mekanik visar att vissa djur kanske kan uppfatta jordens magnetfält med knippen av mikroskopiska hårstrån i deras inre öron.
De exakta mekanismerna djur använder för att känna av riktningen för jordens magnetfält har länge förblivit ett mysterium. En ledande teori tyder på att denna förmåga är knuten till buntar av mikroskopiska hårceller i inneröronen. Genom ny forskning publicerad i The European Physical Journal Special Topics , Kirill Kavokin vid St Petersburg State University, Ryssland, använder statistisk analys för att visa att bara omkring 100 av dessa hårceller skulle kunna fungera som effektiva biologiska kompassnålar, vilket gör att djuren noggrant kan känna av det magnetiska fältet som omger dem.
Denna unika avkänningsförmåga, som kallas "magnetoreception", finns i ett brett spektrum av ryggradsdjursarter:från flyttfåglar till grävande gnagare. Flera mekanismer har föreslagits för att förklara denna förmåga – men trots över 50 års forskning har ingen av dessa ännu definitivt observerats i naturen.
En ledande teori är baserad på buntar av hårceller i innerörat, kallade "stereocilia". Enligt denna idé är stereocilier fästa vid nanokristaller av magnetit:ett järnbaserat mineral som kan bli permanent magnetiserat och anpassar sig till jordens magnetfält. När djurets orientering ändras, skulle magnetit sedan tvinga fram förändringar i orienteringen av stereocilia fästa vid den. Dessa förändringar kan sedan plockas upp av mekanoreceptorer:nervceller som kan detektera mekaniskt tryck - vilket ger djuret en fysisk känsla av ett magnetfält. Ändå är det osäkert om dessa nervceller är tillräckligt känsliga för att upptäcka sådana subtila förändringar.
För att utforska denna idé ytterligare studerade Kavokin fluktuationerna hos stereocilier inom ramen för statistisk mekanik, som tillämpar statistikens matematiska språk på stora grupper av mikroskopiska föremål.
Genom sin analys visade Kavokin att stereociliabuntar verkligen kan fungera som mycket känsliga kompassnålar, med bara runt 100 hårceller som behövs för att mekanoreceptorer ska kunna ta upp sina fluktuationer. Detta spännande resultat kan föra biologer ett steg närmare att förstå ursprunget till magnetoreception och slutligen identifiera de mekanismer som är ansvariga i naturen. + Utforska vidare
