Испытан новый метод квантовой магнитной визуализации на примере органелл железа в улитке голубя
Кутикулосомы — это квазисферические железные органеллы, или субклеточные структуры, расположенные внутри волосковых клеток внутреннего уха различных видов птиц, которые потенциально имеют отношение к магниторецепции. Недавно была окончательно установлена способность голубей ощущать геомагнитные поля. Кутикулосомы стали главными объектами исследования из-за их местоположения и состава железа, но данные о магнитной восприимчивости этих структур ограничены.
Ученые решили определить магнитную восприимчивость кутикулосом путем характеристики напряженности рассеянного магнитного поля в зависимости от приложенного магнитного поля в двух различных местах внутреннего уха голубя. Для этого они применили квантовую магнитную микроскопию и выявили магнитные свойства отдельных кутикулосом железа в образцах тканей. Рассеянные магнитные поля, исходящие от кутикулосом, были картированы и подверглись сравнению с подробной аналитической моделью магниторецепции.
Новый подход оказался эффективным, так как полученные с помощью имеджера изображения показали наличие суперпарамагнитных и ферримагнитных доменов в отдельных кутикулосомах и магнитную восприимчивость в диапазоне от 0,029 до 0,22. Подтвердились предположения о неуловимых физиологических ролях кутикулосом, которые, как оказалось, в основном состоят из ферригидрита оксида железа, имеют диаметр от 300 до 600 нм и присутствуют в 2-6% вестибулярных волосковых клеток и 25% акустических волосковых клеток, расположенных в базилярном сосочке. Функция этих органелл была неизвестна, но было высказано предположение, что они либо служат хранилищем избытка железа, стабилизируют стереоцилии, либо опосредуют магниторецепцию.
Однако измеренная восприимчивость не согласуется с моделью магниторецепции, основанной на крутящем моменте, в которой хранение железа и стабилизация волосков рассматриваются как две ведущие предполагаемые функции кутикулосом. Вполне вероятно, что кутикулосомы могут содержать магнитные гранулы с различными размерами и морфологией, причем некоторые частицы действуют как суперпарамагниты, в то время как другие действуют как ферримагниты. По крайней мере две из десяти исследованных органелл проявляли суперпарамагнитные свойства, свидетельствующие о наличии множества минералов оксида железа в отдельных кутикулосомах.
В будущем ученые сосредоточатся на применении новой технологии к множеству биологических систем с предварительно идентифицированными кандидатами на магниторецепторы на основе магнитных частиц, чтобы лучше понять роль биогенного железа в физиологии животных.
