ВПЛИВ НАДТОНКИХ ВЗАЄМОДІЙ НА МАГНІТНУ ОРІЄНТАЦІЮ ПТАХІВ

О. О. Панченко, молодший науковий співробітник;
Б. П. Мінаєв, д. х. н., професор
Черкаський національний університет
ім. Б. Хмельницького, Черкаси, Україна


ВПЛИВ НАДТОНКИХ ВЗАЄМОДІЙ НА МАГНІТНУ ОРІЄНТАЦІЮ ПТАХІВ

Тривалий час вчені задумувались над питанням, яким чином птахи здійснюють тисячокілометрові міграційні перельоти з півночі на південь, адже птахам практично неможливо орієнтуватись тримаючи в пам'яті складну карту всієї Земної поверхні. Проте на сьогодні вже існують експериментально доведені теорії, що мігруючі птахи визначають напрямок поля, використовуючи специфічне чуття функціонування магнітного компасу, яке грунтується не лише на полярності поля (північ-південь), а і на його нахилі [1-3].
Нами було підтверджено дану теорію, внаслідок аналізу надтонких взаємодій аніон радикалу флавінаденіндинуклеотида (ФАД) та катіон радикала триптофану, які входять до складу молекули білка криптохрому. Цей білок є однією з основних складових ока птаха і єдиною сполукою з магніторецептором радикальної пари в ньому. Так, вплив зовнішнього магнітного поля залежить від його положення відносно радикалів. Це пояснюється тим, що майже всі надтонкі взаємодії є анізотропними, як правило, внаслідок низької симетрії молекулярних орбіталей, що містять неспарені електрони. Тільки якщо ймовірність знаходження електрона в безпосередній близькості від ядра буде однаковою в усіх напрямках (наприклад, в атомі Гідрогену), то надтонка взаємодія буде ізотропною, тобто коли неспарений спін знаходиться на s-орбіталі, а отже контактує з ядром, тому що Ѱ в точці 0 (точка ядра) не рівно нулю: Ѱ(0) ≠ 0. Нами були розраховані надтонкі ізотропні та анізотропні взаємодії в радикалах FAD•– і TrpH•+ (для спрощення розрахунків було використано модель FAD•– з метильною групою замість довгого фосфатного залишку (рис. 1)). Надані анізотропні взаємодії пояснюють можливість радикальних пар утворювати основу для чуття магнітного напрямку (компаса), а не просто датчик магнітної інтенсивності. У таблиці 1 надані найважливіші анізотропні взаємодії у фотоіндукованому радикалі FAD•–  та відповідні їм надтонкі взаємодії FAD•–, одержані експериментально методом ЕПР [4]. Ці параметри надтонкої взаємодії безпосередньо пов'язані з впливом магнітного поля на криптохром. Табличні значення (Aq, q = x, y, z) для кожного ядра дають основні значення його надтонкого тензора (табл. 1). Звернемо увагу, що більшість з цих взаємодій є сильнішими, ніж сила геомагнітного поля (0,5 Гс), і що в кожному радикалі є близько 8-10 ядерних спінів з значними надтонкими взаємодіями. Невеликі значення двох з трьох надтонких компонент тензора НТВ (Ахх та Ауу, в порівнянні з Аzz) для двох атомів Нітрогену, N4 і N9 (що розміщені у центральному кільці флавінової системи) частково відповідають за сприятливі властивості цього радикалу як магніторецепторного компасу [5].


Рис. 1. Використана для обговорення надтонких взаємодій модель FAD•– та нумерація атомів в ній.

Таблиця 1. Величини найважливіших анізотропних взаємодій


Оскільки розраховані нами компоненти тензора надтонкої взаємодії з врахуванням ізотропної та анізотропної частин добре узгоджуються з експериментальними даними [30], то наші результати підтверджують теорії, що були висунуті раніше в роботах [1–3].

Список використаних джерел
1 P. J. Hore, H. Mouritsen. Annu Rev Biophys, 2016, 45, 299−344.
2 I. A. Solov'yov, D. E. Chandler, K. Schulten. Plant Signal Behav, 2008, 3(9),        676−677.
3. I. A. Solov’yov, H. Mouritsen, K. Schulten. Biophysical Journal, 2010, 99, 40−49.
4. Magnetic field effects in chemical systems. PhD thesis / C. T. Rodgers. – United Kingdom: University of Oxford, 2007. – 390 p.
5. A. A. Lee, J. C. S. Lau, H. J. Hogben, T. Biskup, D. R. Kattnig, P. J. Hore. J. R. Soc. Int, 2014, 11(95), 184–194.