Магниторецепция у позвоночных животных

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 21-14-00158

НазваниеМагниторецепция у позвоночных животных

Руководитель Чернецов Никита Севирович, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук , г Санкт-Петербург

Конкурс №55 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-101 - Зоология

Ключевые слова магниторецепция, геомагнитное поле, сенсорные системы, ориентация

Код ГРНТИ34.17.35

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Магнитное поле Земли является источником информации о сторонах света и о положении в пространстве для многих животных. История изучения принципов работы механизмов, стоящих за этими процессами у представителей разных таксонов, насчитывает значительный срок. За это время были сделаны принципиально важные открытия, позволившие экспериментально подтвердить факт наличия магнитосенсорного чувства как еще одной сенсорной модальности, в дополнение к гораздо лучше изученным фото-, хемо- и механорецепции, и менее изученной электрорецепции. В то же время восприятие магнитного поля (МП) животными остается единственным чувством, для которого до сих пор не известен сенсорный механизм. Несмотря на то, что первая публикация в высокорейтинговом журнале, в которой описывался факт магниторецепции позвоночными животными (мигрирующими птицами) вышла почти 50 лет назад (Wiltschko, Wiltschko, 1972), сенсорный механизм магниторецепции до сих пор остается неизвестным. Накапливающиеся к настоящему времени данные, несмотря на существенный прогресс, оставляют неизвестными базовые клеточные основы магниторецепции: не проведена убедительная идентификация рецепторных клеток и неизвестен механизм трансдукции сигнала. Существование магнитной компасной системы, которая предоставляет возможность выбирать и поддерживать соответствующее сезону направление миграционных перемещений, было впервые показано для птиц (Wiltschko, 1968; Wiltschko, Wiltschko, 1972). В дальнейшем разные авторы сообщали о наличии магнитного компаса у большого количества разных животных, в частности у грызунов (Deutschlander et al., 2003; Phillips et al., 2013; Malewski et al., 2018) и рукокрылых (Holland et al., 2006) из млекопитающих, бесхвостых амфибий (Diego-Rasilla et al., 2013; Shakhparonov, Ogurtsov, 2017), костных рыб (Quinn, 1980; Bottesch et al., 2016), у десятиногих ракообразных (Lohmann et al. 1995), чешуекрылых (Guerra et al. 2014; Dreyer et al. 2018), двукрылых (Gegear et al. 2008) и перепончатокрылых (Fleischmann et al. 2018) насекомых. Однако именно сведения об использовании магнитного компаса птицами являются наиболее надёжными. Они были многократно независимо подтверждены разными группами исследователей, в том числе такими, которые первоначально относились к сообщениям о наличии у птиц магнитного компаса со скепсисом, но были переубеждены имеющимися экспериментальными данными (Emlen et al., 1976). Данные по другим группам животных, как позвоночным, так и беспозвоночным, на настоящий момент должны рассматриваться как многообещающие и предварительные. Поэтому, как это ни странно, в области изучения магниторецепции модельной группой организмов до сих пор являются мигрирующие птицы. Нарушение ориентационного поведения в слабых (от единиц до сотен нанотесла) высокочастотных (0.1–10 МГц) магнитных полях наблюдалось во множестве экспериментов на птицах, а также на млекопитающих и рептилиях. Изначально такие эксперименты рассматривали как тест на бирадикальный механизм магниторецепции (Ritz et al., 2004). Однако в дальнейшем выяснилось, что бирадикальная модель магниторецептора неспособна объяснить нарушение его работы столь слабыми переменными магнитных полях (Kavokin, 2009; Hiscock et al., 2017). Дж. Киршвинк с соавторами (Kirschvink et al., 2010) предположили, что существует специализированный рецептор высокочастотных магнитных полей, предположительной задачей которого является отключение магнитного компаса на время геомагнитных бурь. Мы показали, что локальное приложение осциллирующего магнитного поля к передней части черепа с покрытием сетчатки глаз птицы не приводит к её дезориентации (Bojarinova et al., 2020). Этот результат также можно трактовать в пользу существования отдельного рецептора переменных полей, однако вопрос о существовании такого рецептора остаётся дискуссионным. Для понимания эволюции механизмов ориентации по МП Земли необходимо изучение не только эволюционно продвинутых групп, но и более базальных животных. Являясь первыми наземными позвоночными, амфибии сформировали адаптации, ставшие базовыми для последующих групп животных. И хотя современные земноводные прошли долгую эволюцию, они сохранили множество примитивных черт как в общей анатомии, так и в строении органов чувств и нервной системы (Kaas, 2017; Northcutt, Kicliter, 1980). Многие земноводные совершают миграции и используют широкий спектр ориентиров (Sinsch, 2006; Wells, 2007). Несмотря на это, работ, посвященных изучению магниторецепции земноводных, до сих пор немного. Подавляющее большинство из них выполнено на хвостатых земноводных. Количество работ по бесхвостым амфибиям незаслуженно мало, хотя они являются классическим объектом для изучения других сенсорных систем (например, зрительной и слуховой). Таким образом, исследование механизма магниторецепции у бесхвостых амфибий позволит не только существенно дополнить представления об эволюции магниторецепции, но и, возможно, научное сообщество получит новый модельный объект для её изучения.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Большакова А.А., Шахпаронов В.В. Ориентация травяной лягушки (Rana temporaria Linnaeus, 1758) во время весенней миграции Вопросы герпетологии: VIII съезд Герпетологического общества имени А.М. Никольского при РАН «Современные герпетологические исследования Евразии» (, С. 27-28 (год публикации - 2021)

Публикации

1. Кавокин К.В. Compass in the ear: can animals sense magnetic fields with hair cells? The European Physical Journal Special Topics, Vol. 231 (год публикации - 2022)
10.1140/epjs/s11734-022-00654-y

2. Ротов А.Ю.,Горяченков А.А.,Чербунин Р.В.,Фирсов М.Л.,Чернецов Н.С., Астахова Л.А. Magnetoreceptory Function of European Robin Retina: Electrophysiological and Morphological Non-Homogeneity Cells, V. 11, N 19, P. 3056 (год публикации - 2022)
10.3390/cells11193056

3. Астахова Л.А., Ротов А.Ю., Чернецов Н.С. Связь магнитного компаса и зрения у птиц: в поисках рецепторной клетки Сенсорные системы, Т. 37, № 1. с. 3–16 (год публикации - 2023)

4. Бояринова Ю.Г.,Кавокин К.В.,Санников Д.М.,Федорищева А.,Пахомов А.Ф., Чернецов Н.С. Sensitivity threshold of avian magnetic compass to oscillating magnetic field is species-specific Behavioral Ecology and Sociobiology, V. 77, paper 6. (год публикации - 2023)
10.1007/s00265-022-03282-7

Публикации

1. Астахова Л.А., Ротов А.Ю., Чернецов Н.С. The relationship between the magnetic compass and vision in birds: in search of receptor cells Neuroscience and Behavioral Physiology, V. 53, No 6, p. 1014-1024 (год публикации - 2023)
10.1007/s11055-023-01495-5

2. Чернецов Н.С., Астахова Л.А., Ротов А.Ю. Поиск магниторецепции в сетчатке зарянки: электрофизиологическое и морфологическое исследование Сборник тезисов XXIV съезда физиологического общества им. И.П. Павлова. Сборник тезисов съезда. С.-Петербург., С. 453. (год публикации - 2023)

3. Санников Д.М., Бояринова Ю.Г., Кавокин К.В., Пахомов А.Ф., Федорищева А.С., Чербунин Р.В., Чернецов Н.С. Изменчивость порога чувствительности магнитного компаса к осциллирующим магнитным полям у птиц Второй Всероссийский орнитологический конгресс (г. Санкт-Петербург, Россия, 30 января – 4 февраля 2023 г.). Тезисы докладов. — М.: Товарищество научных изданий КМК., С. 238. (год публикации - 2023)

4. Кавокин К.В. Биофизические модели магниторецепторов компасных и навигационных систем птиц Второй Всероссийский орнитологический конгресс (г. Санкт-Петербург, Россия, 30 января – 4 февраля 2023 г.). Тезисы докладов. — М.: Товарищество научных изданий КМК., С. 105 (год публикации - 2023)

5. Астахова Л.А.,Шахпаронов В.В., Ротов А.Ю., Дегтярева К.С., Чербунин Р.В., Чернецов Н.С. Does the magnetic compass of marsh frog localize in the retina? Visionarium XXI at Tvärminne Zoological Station, P. 10 (год публикации - 2023)

6. Бояринова Ю.Г., Кавокин К.В., Федорищева А.С., Санников Д.М., Чербунин Р.В., Пахомов А.Ф., Чернецов Н.С. Oscillating magnetic field does not disrupt orientation in the presence of stellar cues in an avian migrant Journal of Ornithology, V. 165 (год публикации - 2023)
10.1007/s10336-023-02129-w

7. Шахпаронов В.В.,Большакова А.А., Кобликова Е.О., Цой Ю.А. European common frogs determine migratory direction by inclination magnetic compass and show diurnal variation in orientation Journal of Experimental Biology, т. 227, № 4, 246150 (год публикации - 2024)
10.1242/jeb.246150

8. Астахова Л.А., Ротов А.Ю., Чербунин Р.В., Горяченков А.А., Фирсов М.Л., Чернецов Н.С. Электрофизиологическое и морфологическое исследование магнитного компаса в сетчатке зарянки Второй Всероссийский орнитологический конгресс (г. Санкт-Петербург, Россия, 30 января – 4 февраля 2023 г.). Тезисы докладов. — М.: Товарищество научных изданий КМК., С. 10. (год публикации - 2023)