211service.com
Det nysgjerrige tilfellet av magnetisering av kakerlakk
Fugler er det mest kjente eksemplet på skapninger som kan sanse magnetiske felt og bruke dem til orientering og navigering. Mindre kjent er de magneto-sansende evnene til amerikanske kakerlakker, som raskt blir magnetisert når de plasseres i et magnetfelt.
Akkurat hvordan disse skapningene bruker denne evnen er gjenstand for mange spekulasjoner. Men det er generell enighet om at en bedre forståelse av biomagnetisk sensing kan hjelpe ingeniører med å designe bedre sensorer for andre applikasjoner, for eksempel mikrorobotnavigasjon.
Men før det kan skje, vil ingeniører trenge en langt bedre forståelse av hvordan kakerlakker føler magnetiske felt og hvordan de blir magnetiserte selv.
Gå inn i Ling-Jun Kong ved Nanyang Technological University i Singapore og noen få venner som har målt hvordan amerikanske kakerlakker blir magnetiserte. I prosessen har de gjort en bemerkelsesverdig oppdagelse - det viser seg at de magnetiske egenskapene til levende kakerlakker er slående forskjellige fra døde kakerlakker. Og de tror de vet hvorfor.
Eksperimentene er enkle. Kong og co plasserte en serie levende og døde kakerlakker i et magnetfelt på 1,5 kiloGauss; det er omtrent 100 ganger sterkere enn en kjøleskapsmagnet. Teamet forlot skapningene i feltet i 20 minutter og målte deretter hvor sterkt de hadde blitt magnetisert og hvor lang tid det tok før denne magnetiseringen avtok.
Resultatene gir interessant lesning. Teamet kunne enkelt måle magnetfeltet knyttet til alle kakerlakkene, levende eller døde, så snart de kom ut av det ytre feltet. Feltet knyttet til levende kakerlakker forfalt deretter på omtrent 50 minutter. Derimot tok det nesten 50 timer før feltet forfalt i døde kakerlakker.
Det reiser et åpenbart spørsmål: hvorfor forskjellen? Kong og co har laget en matematisk modell for magnetisering for å komme med svaret. De antar at magnetisering er et resultat av at magnetiske partikler inne i kakerlakkene retter seg etter det ytre magnetfeltet. Når den fjernes fra det ytre feltet, avtar magnetiseringen fordi Brownsk bevegelse får de magnetiske partiklene til å bli tilfeldig innrettet igjen.
Men de undersøker også hvordan tiden dette tar varierer etter viskositeten til mediet partiklene er fanget i. De viser at nedbrytningstiden øker ettersom viskositeten til dette mediet øker og blir mer glassaktig.
Dette antyder et svar på gåten. Kakerlakker blir magnetisert fordi de inneholder magnetiske partikler som blir på linje med et eksternt magnetfelt. Disse partiklene er fanget i et rennende medium som har lav viskositet i levende kakerlakker. Men så snart skapningene dør, begynner mediet å stivne og viskositeten øker. Det er det som gjør at forfallstiden øker.
Det er interessant arbeid som bidrar til å svare på noen viktige spørsmål om måten kakerlakker samhandler med eksterne magnetiske felt. Men det etterlater mange mysterier.
Først er spørsmålet om naturen til de magnetiske partiklene - hva er de? Biologer har funnet bittesmå partikler av det magnetiske mineralet greigite (en type jernsulfid) i maur, bier og termitter.
Så det kan være at kakerlakker også inneholder partikler av greigit. Kong og cos resultater er faktisk kompatible med tilstedeværelsen av greigitpartikler med en radius på 50 nanometer eller så, men resultatene utelukker tilstedeværelsen av beslektede magnetiske mineraler som magnetitt.
Et annet spørsmål er hvor slike partikler kan komme fra. Er de forurensninger plukket opp av kakerlakkene fra miljøet deres, eller er de biogene, dannet av en biologisk prosess inne i selve kakerlakkene? Kong og co kan ikke svare på dette.
Imidlertid kan de kaste lys over hvordan kakerlakker kan bruke denne typen magnetisering. De sier at forfallstiden på 50 minutter hos levende kakerlakker er for langsom til å ha noen biologisk nytte. Våre data og modell viser at disse magnetiske partiklene ikke kan være ansvarlige for magnetisk sensing, sier de.
Så hvis kakerlakker utnytter magnetisk sansing, må de bruke en annen mekanisme. Den ledende utfordreren her er radikalparmekanismen der et magnetfelt påvirker utfallet av en kjemisk reaksjon.
Mange biofysikere anser dette som den eneste mekanismen som realistisk kan påvirke levende skapninger på en tidsskala som kan være biologisk nyttig. Kanskje kakerlakker bruker dette også. Eksperimentet vårt gir støtte til andre former for magneto-mottak, f.eks. radikal-par-mekanismen, sier Kong og co.
Det er interessant arbeid som vil være et springbrett for å bedre forstå biosensing av magnetiske felt og utnytte denne evnen i fremtidige generasjoner av sensorer.
Ref: arxiv.org/abs/1702.00538 : In-Vivo biomagnetisk karakterisering av den amerikanske kakerlakken