Migrazione orientamento ipotesi su meccanismi magnetismo? Criptocromo?

1
Migrazione orientamentoipotesi su
meccanismimagnetismo?Criptocromo?
2
Il comportamento degli esseri viventi, vegetali e
animali, (es, ciclo riproduttivo, germinazione,
maturazione frutti ecc) risente in modo spesso
evidente alle variazioni ambientali di varia
naturaalternanza giorno-notte, alternanza
stagionale, variazioni meteorologiche,variazioni
di temperatura, umidità, tipo di correnti
oceaniche, densità esalinità delle acque, pH ecc.
Si propongono varie ipotesi per spiegare tale
fenomeno, non semprecompletamente risolutive,
anche se talora abbastanza attendibili
Un fenomeno particolare , la migrazione di varie
specie animali,non trova ancora una spiegazione
risolutiva
La migrazione , per via aerea, terrestre,
oceanica è realtà constatatapossono concorrere
vari fattori , situazionivisibilità del sole,
luna, stelle, elementi morfologici,
odori,correnti oceaniche con diversa
temperatura, densità, salinitàin modo variabile
Particolare importanza sembra dover essere
attribuita al campo magneticoche circonda tutta
la sfera terrestre con le sue linee di forza
3
Al polo Nord geografico corrisponde un magnetismo
di tipo SudAl polo Sud geografico corrisponde un
magnetismo di tipo Nord(se Nord dellago è
attratto verso Nord geografico significa che ivi
sideve trovare un magnetismo di tipo opposto,
cioè Sud e viceversa a Sudtutto per motivo
della convenzione nella attribuzione del nome di
polarità dellago
Nord geografico sud magnetico
Ago libero di ruotare su pianoverticaleasse
orizzontale
Un ago che punta il N verso il basso indica
chesi trova sopra il polo N geografico
(boreale)Un ago che punta il Sverso il basso
indica chesi trova sopra il polo Sgeografico
(australe)Un ago che rimane orizzontale indica
che sitrova a metà strada tra idue
poliequatoreValori intermedi,indicanolatitudini
intermedie
Equatore magnetico
Sud geografico nord magnetico
4
Nord magnetico (magnetismosud)
nord
Nord geografico
sud
Equatore magnetico
Equatore geografico
Sud magnetico (magnetismo nord)
Sud geografico
Si è assegnata la polarità nord alla punta
dellago orientata verso il nord geografico e
polarità sud alla punta oppostapoiché polarità
opposte si attirano, si deve ammettere che al
polo nord magnetico esista però un magnetismo
tipo sud e viceversa al polo sud magnetico, un
magnetismo tipo nord
5
Un ago magnetico , libero di ruotare su un piano
orizzontale,si pone sempre in direzione del campo
magnetico
Un ago magnetico, libero di ruotare su un piano
verticale, assume inclinazioni variabili rispetto
al pianoorizzontale, da 0 a 90
declinazione
inclinazione
Ng
O
Sg
90
6
Poli geografici e poli magnetici non coincidono e
si rileva una continuavariazione nella posizione
relativa (causa precessione)
Alcune caratteristiche del polo magnetico
terrestrerisulta molto debole, di intensità
variabile nel tempo,esiste una declinazione e
una inclinazione magnetica,può essere perturbato
localmente da rocce ferrose, magnetichee da
forti campi elettromagnetici locali (artificiali)
In particolare la inclinazione magnetica può dare
informazioni sullaposizione rispetto
allequatore magnetico (e geografico) e quindi
sullalatitudine o distanza da poli, equatore,
emisfero australe o boreale
Nm
Lago magnetico assume posizioni diverse se si
trova sopra i poli, sopralequatore o in
posizioni intermedie
N
Verticale sopra i poliorizzontale sopra
equatoreinclinato in altre posizioni
S
Equatore m
Sm
7
Esempi di situazioni migratorie con tentativi di
interpretazione sulmeccanismo che permette agli
animali di orientarsi nel percorso dellaloro
migrazione, andare e ritornare, spesso restando
costante il luogodi partenza , di arrivo e di
ritorno(es. salmoni che dalle sorgenti scendono
nel mare e poiritornano alle sorgenti di
partenza.. anguille che dal maremediterraneo
vanno a riprodursi nel mar dei sargassi e
poiritornano nel mare mediterraneo..)
Oltre al problema di comprendere il meccanismo di
orientamento e lamemorizzazione, sono vari i
problemi che vengono posti considerando il
fenomeno delle migrazionies.data di inizio,
preparativi e riserve energetiche in previsione
delladurata del viaggio, luoghi di sosta
Migrazioni giornaliere plancton marino
Migrazioni stagionali a scopo nutritivo,
riproduttivo
8
Una serie di osservazioni su mandria di mucche
mostra una preferenzanel loro allineamento lungo
lasse nord-sud (magnetico) allineamentoperturba
to in prossimità di linee ad alta tensione (forse
perché il debole campo magnetico secondo il
quale le mucche si orientavano (?) veniva
nascosto dal più forte campo elettromagnetico
creato dalla lineaad alta tensione (?) rimane
un problema
Nm
Ng
Linea alta tensione
Problemasi pensava che le sostanze organiche
non potevano essere sensibili al debole campo
magnetico terrestre e non si conoscevano
soluzioni attendibili
9
1997 Trota arcobalenopresenta nelle narici
cellule sensoriali dotate diparticelle di
magnetite sensibili a una variazione nella
direzione del campo magneticose il campo
devia, la magnetite subisce unospostamento che
permette la apertura di pori nella membrana
cellularee favorisce uno scambio ionico
interpretato come segnale da inviareai centri
nervosi del cervello
Direzione campo magnetico
Sensore con magnetite
Membrana cellulare con pori
ioni
10
Anni cinquanta Osservazioni sui pettirossi
mantenuti in volierain autunno , tempo normale
per la loro migrazione , tendevano a
spostarsiin direzione sud (propria della
migrazione), senza disporre di segnali
visivicreando un campo magnetico artificiale,
con il sud nella direzione del nord,i pettirossi
si spostavano verso il sud artificialmente
creatoconclusionei pettirossi sono sensibili
al campo magnetico e nella loromigrazione ( in
autunno) tendono verso sud.
liberi
nord
sud
nord
sud
In voliera
11
Modello interpretativo ipotetico (valido anche
per altri esempi)lanimale possiede un
meccanismo che permette di rilevare il
campomagnetico circostante e comunica la
informazione al cervello checoordina in
conseguenza i movimenti dellanimale
12
Ng
Anomalie magnetiche dovute a rocce magnetizzate
Nm
Tartaruga marina
Tartarughe marine sembrano sensibili alle
anomalie magnetiche presentisui fondali e si
orientano secondo le indicazioni percepite
mappa magnetica memorizzata?
13
1972Osservazioni su pettirossi, passeri portano
alla convinzione che sianosensibili alla
direzione del campo magnetico e anche alla sua
inclinazionepercepiscono direzione e latitudine
Ipotesi anche gli uccelli sono dotati di mappa
magnetica memorizzata ?Sembra non sufficiente la
percezione del campo magnetico per ottenereun
corretto orientamento intervengono anche altre
informazioni, da altri sensies.olfattocolombi
privati del senso dellolfatto sono
disorientaticolombi disturbati da campi
magnetici artificiali mantengono la capacità
diorientamento corretto
Nm
14
Varie osservazioni portano alla convinzione che
lorientamento in funzione del campo magnetico
esiga anche la partecipazione della luce
Pettirossi in laboratorio esigono una componente
blu della luce per ottenere un corretto
orientamento in funzione del campo magnetico
Batteri in latitudini con elevato valore della
inclinazione magnetica usanotale informazione
per riconoscere la direzione verso il
bassoinvece di sfruttare la forza di gravità
come indicazione
I batteri contengono particelle filiformi di
magnetite che allineandosi tra loro e con il
campo segnalano al batteriola direzione verso il
basso, ove si trova lambiente piùadatto alla
vita di tali batteri ipotesi plausibile
15
2004 usignolisi rivela interazione tra luce e
orientamento magneticosembra che ogni sera il
senso magnetico venga ricalibratogruppo di
usignoli sottoposto al tramonto a campo
magneticofalsatorivolto a est invece che a nord
e gruppo indisturbatoin seguito, nel buio della
notte vengono tutti liberati(seguiti daantenna
che li localizza avendoli dotati di
ricetrasmettitori)gruppo indisturbato vola
verso nord (normale)gruppo perturbato vola verso
est(errato)la notte seguente anche il gruppo
disturbato riprende il volo verso nordaveva
ricalibrato il corretto senso magnetico ?
tramonto
notte
giorno
tramonto
notte
giorno
Nm
Ipotesila bussola interna funziona solo se cè
luce?Il sole permette di ricalibrare la bussola
interna?
notte
giorno
tramonto
NmgtEst
16
2000piccioni viaggiatori presentano sulla pelle
del becco(dotata di ricca innervazione)
microscopiche particelle di magnetite
possibilità di individuare la direzione del
campomagnetico( non la intensità) ?problema
solo poche particelle sono dimagnetite, altre
sono di maghemite (meno magnetiche)
Ipotesi la maghemite magnetizzandosi
temporaneamente potrebbeamplificare il campo
geomagnetico influenzando la magnetite ???
magnetite
maghemite
Campo magnetico amplificato
Campo magnetico debole
17
Ipotesi interazione tra luce, campo magnetico,
reazione chimicae senso di orientamento
magnetico ?
2000scoperto pigmento proteico, criptocromo,
nelle piante e nella retina di animali (uomo
compreso) interviene nella regolarizzazione
deiritmi biologici legati allalternarsi del
giorno e della notte
Ipotesi un fotone colpisce il pigmento che
produce radicali liberi chepermettono a cellule
retiniche specializzate di individuare la
direzionedel campo magnetico ? Come ???
retina
pigmento
cervello
Radicale libero ?
fotone
18
Un fotone (luce blu) assorbito dal criptocromo
produce la dislocazionedi un elettrone nella
molecola del pigmento rendendo instabile
lamolecola ( stabile se gli elettroni sono
appaiati nella stessa orbita conspin
antiparalleli)
Due elettroni appaiati, antiparalleli gt due
elettroni separati antiparalleli
Possibili due configurazioni in alternanza tra
loro
Due elettroni appaiati, antiparalleli gt due
elettroni separati paralleli
19
Nm
Se luccello vola verso N, prevale stato
antiparallelostabilereazione bloccata
Se luccello volando devia, prevale stato
paralleloun fotone libera un elettrone
chepermette una reazionesegnale per
cervelloche indica variazione direzione rispetto
al nord
due elettroni separati antiparalleli
Possibili due configurazioni in alternanza tra
loro
Ogni posizione sarà più probabile in funzione
della direzione del campo rispetto alla posizione
degli occhi
due elettroni separati paralleli
20
2009 si osserva che la esistenza di lesioni
nel cervello di uccelli migratori in regioni
collegate alla visione rende problematico
lorientamento magnetico
Nm
Pettirossi e polli presentano il criptocromo
oltre che nella retina anchein cellule
particolarmente sensibili ai raggi ultravioletti
(fotoni più efficaci)
Le onde elettromagnetiche producono campi
magnetici e campi elettriciche potrebbero
inibire o ridurre la capacità di percepire il
debole campomagnetico terrestre
Drosophile addestrate a seguire campi magnetici
per trovare cibo,perdono questa capacità se
deprivati del gene del criptocromo
2011 gene del criptocromo umano sostituito al
gene nella drosophilamantiene la capacità di
orientamento nel campo magnetico ancheluomo
possiede la capacità di orientamento nel campo
magnetico??
Problemi tutti ancora in attesa di soluzione