Det mærkelige tilfælde af magnetisering af kakerlak

Fugle er det bedst kendte eksempel på væsner, der er i stand til at fornemme magnetiske felter og bruge dem til orientering og navigation. Mindre kendt er amerikanske kakerlakkers magneto-sansende evner, som hurtigt bliver magnetiserede, når de placeres i et magnetfelt.

Hvordan disse skabninger bruger denne evne, er genstand for mange spekulationer. Men der er generel enighed om, at en bedre forståelse af biomagnetisk sensing kan hjælpe ingeniører med at designe bedre sensorer til andre applikationer, såsom mikrorobotnavigation.

Men før det kan ske, vil ingeniører have brug for en langt bedre forståelse af, hvordan kakerlakker fornemmer magnetiske felter, og hvordan de selv bliver magnetiserede.



Gå ind i Ling-Jun Kong på Nanyang Technological University i Singapore og et par venner, der har målt, hvordan amerikanske kakerlakker bliver magnetiserede. I processen har de gjort en bemærkelsesværdig opdagelse - det viser sig, at de magnetiske egenskaber ved levende kakerlakker er slående forskellige fra døde kakerlakkers. Og de tror, ​​de ved hvorfor.

Eksperimenterne er ligetil. Kong og co placerede en række levende og døde kakerlakker i et magnetfelt på 1,5 kiloGauss; det er omkring 100 gange stærkere end en køleskabsmagnet. Holdet efterlod væsnerne i marken i 20 minutter og målte derefter, hvor stærkt de var blevet magnetiseret, og hvor lang tid det tog for denne magnetisering at henfalde.

Resultaterne giver interessant læsning. Holdet kunne nemt måle det magnetiske felt forbundet med alle kakerlakkerne, levende eller døde, så snart de kom ud af det ydre felt. Marken, der var forbundet med levende kakerlakker, henfaldt derefter på omkring 50 minutter. Derimod tog det næsten 50 timer for marken at rådne i døde kakerlakker.

Det rejser et åbenlyst spørgsmål: hvorfor forskellen? Kong og co har lavet en matematisk model for magnetisering for at komme med svaret. De antager, at magnetisering er resultatet af, at magnetiske partikler inde i kakerlakkerne retter sig ind efter det ydre magnetfelt. Når den fjernes fra det ydre felt, falder magnetiseringen, fordi Brownsk bevægelse får de magnetiske partikler til at blive tilfældigt justeret igen.

Men de undersøger også, hvordan tiden, det tager, varierer i forhold til viskositeten af ​​det medium, partiklerne er fanget i. De viser, at henfaldstiden stiger i takt med, at dette mediums viskositet stiger og bliver mere glasagtig.

Dette antyder et svar på gåden. Kakerlakker bliver magnetiseret, fordi de indeholder magnetiske partikler, der bliver justeret med et eksternt magnetfelt. Disse partikler er fanget i et løbende medium, der har lav viskositet i levende kakerlakker. Men så snart væsnerne dør, begynder mediet at hærde, og dets viskositet stiger. Det er det, der får henfaldstiden til at stige.

Det er interessant arbejde, der hjælper med at besvare nogle vigtige spørgsmål om den måde, kakerlakker interagerer med eksterne magnetfelter. Men det efterlader masser af mysterier.

For det første er spørgsmålet om de magnetiske partiklers natur - hvad er de? Biologer har fundet bittesmå partikler af det magnetiske mineral greigit (en type jernsulfid) i myrer, bier og termitter.

Så det kan være, at kakerlakker også indeholder partikler af greigit. Faktisk er Kong og co's resultater kompatible med tilstedeværelsen af ​​greigitpartikler med en radius på 50 nanometer eller deromkring, men resultaterne udelukker tilstedeværelsen af ​​relaterede magnetiske mineraler såsom magnetit.

Et andet spørgsmål er, hvor sådanne partikler kan komme fra. Er de forurenende stoffer opsamlet af kakerlakkerne fra deres miljø, eller er de biogene, dannet af en biologisk proces inde i selve kakerlakkerne? Kong og co er ikke i stand til at svare på dette.

De kan dog kaste lys over, hvordan kakerlakker kan bruge denne form for magnetisering. De siger, at henfaldstiden på 50 minutter hos levende kakerlakker er for langsom til at være til nogen biologisk nytte. Vores data og model viser, at disse magnetiske partikler ikke kan være ansvarlige for magnetisk sansning, siger de.

Så hvis kakerlakker udnytter magnetisk sansning, skal de bruge en anden mekanisme. Den førende udfordrer her er radikalparmekanismen, hvor et magnetfelt påvirker resultatet af en kemisk reaktion.

Mange biofysikere betragter dette som den eneste mekanisme, der realistisk kan påvirke levende væsner på en tidsskala, der kan være biologisk nyttig. Måske bruger kakerlakker også dette. Vores eksperiment giver støtte til andre former for magneto-modtagelse, f.eks. radikal-par-mekanismen, siger Kong og co.

Det er interessant arbejde, der vil være et springbræt til bedre forståelse af biosensing af magnetiske felter og udnyttelse af denne evne i fremtidige generationer af sensorer.

Ref: arxiv.org/abs/1702.00538 : In-vivo biomagnetisk karakterisering af den amerikanske kakerlak

skjule