Способи визначення магнітного поля дуже різноманітні у різних живих істот - від клітинних органел магнітосом (див. Magnetosome) у бактерій до магнетит-містять структур у верхній частині дзьоба птахів. А деякий час назад почав бурхливо вивчатися ще один вид магніторецепціі - хімічний. Суть його в наступному.
Уявімо собі, що у нас є дві близько розташованих молекули (або дві частини однієї молекули) AB. З якоїсь причини (скажімо, під дією світла певної довжини хвилі), A втрачає один з електронів і він потрапляє на B. Ми отримуємо два неспарених електрона (один - залишився на A, а другий - що перестрибнула на B), чиї спини можуть бути протилежно спрямовані (↑ ↓) або однонаправлені (↑↑). Кожен спін породжує певний магнітний момент, а значить, доля одержані молекул залежить від магнітного поля. Залежно від його сили і напряму відбудеться або відновлення первісної структури AB, або виникне «магніторецептівная» сигнальна форма C. Ця сигнальна форма викличе якісь каскади реакцій, які «повідомлять» клітці (а слідом за нею і організму) про те, яке магнітне поле в даній точці. Реакції такого типу називаються «реакціями пар радикалів».
За загадковим поєднанням AB, використаним в нашому схематичному описі реакції, ховається дуже відомий білок під назвою криптохром (див. Також Cryptochrome), який знаменитий своєю участю в регуляції циркадних ритмів у тварин і рослин. (До речі, існування криптохрома - на підставі чутливості рослин до синього світла - першим запідозрив Чарльз Дарвін). Існують два типи цього білка. Кріптохром першого типу зустрічається тільки у безхребетних і регулює добові ритми світлозалежна способом; криптохром другого типу характерний і для хребетних і для безхребетних і, судячи з усього, регулює добові ритми светонезавісімо.
Отримано досить багато даних про те, що обидва типи криптохрома забезпечують магнітне почуття у деяких видів тварин. Наприклад, показано, що мушки дрозофіли, у яких був «вимкнений» характерний для них криптохром першого типу, втрачають магнітне почуття; якщо ж змусити їх заново експресувати їх власний криптохром першого типу (або навіть криптохром другого типу метелика монарха, який для дрозофіл зовсім не характерний), вони знову стають чутливими до магнітного поля.
У людини в сітківці теж є криптохром другого типу, але до сих пір не було вивчено, чи здатний він опосредовать магнітне почуття чи ні. Щоб перевірити це, дослідники з Медичної школи Массачусетського університету провели серію дослідів, в яких змушували дрозофіл з вимкненим CRY1 експресувати людський криптохром і дивилися, як це відіб'ється на здатності мушок визначати магнітне поле.
Для того, щоб включати і вимикати експресію різних генів у дрозофіл, існує чудова методика під назвою GAL4 / UAS. За цією методикою експресія потрібного гена відбувається тільки тоді, коли в одному Мушина організмі зустрічаються дві половинки експресійної системи - транскрипційний активатор GAL4 і ділянку промотора UAS. При цьому GAL4 присутній не в усьому організмі, а тільки в суворо визначених областях. Наприклад, в даному випадку GAL4 був прив'язаний до гену Timeless (tim), який експресується тільки в нейронах, що забезпечують циркадні ритми.
У людини є два підвиди криптохрома другого типу - hCRY1 і hCRY2. У даних дослідженнях вивчався тільки hCRY2, оскільки він експресується в набагато більших кількостях, ніж hCRY1 (а значить, швидше за все, має набагато більше значення для передбачуваного магнітного почуття).
Дослідження магнітного почуття у дрозофіл вигострить в попередніх експериментах. Для цього мух запускають в Т-подібний лабіринт, в одному з рукавів якого магнітне поле набагато сильніше, ніж в іншому. У цьому «магнітному» рукаві поміщається розчин цукру, який дрозофіли дуже люблять. Якщо у мух є магнітне почуття, то в «наївному», ненавчених стані вони будуть уникати магнітного рукава, а в навчений - навпаки, прагнути до нього, оскільки там їх чекає підкріплення. Якщо ж у мух немає магнітного почуття, то вони будуть майже рівномірно розлітатися між двома рукавами. Підрахувавши кількість мух в одному і іншому рукаві лабіринту, потрібно обчислити індекс переваги магнітного рукава по формулі (PM - 0,5) / 0,5, де PM - це частка мух, які перебувають в магнітному рукаві лабіринту.
Дослідники провели експерименти в Т-подібному лабіринті з мухами наступних чотирьох ліній:
1. Дикий тип (ця мушача лінія називається Canton-S).
2. Мухи з вимкненим кріптохроми, яких змусили знову експресувати їх «рідний» дрозофіли криптохром за допомогою GAL4 / UAS (tim-GAL4 / UAS-dcry).
3. Мухи з вимкненим кріптохроми, яких змусили експресувати за допомогою GAL4 / UAS людський криптохром hCRY2 (tim-GAL4 / UAS-hCRY2).
4. І нарешті, мухи з вимкненим кріптохроми, який так і не був включений назад (UAS-hCRY / +).
І ось виявилося, що людський криптохром дозволяє мухам відчувати магнітне поле майже так само добре, як їх рідний, мушачі, криптохром.
Оскільки криптохром - це флавопротеїнів, чутливий до синього світла, то в наступному експерименті дослідники вирішили перевірити, пропаде чи у мух з людським кріптохроми магнітне почуття, якщо тестувати їх за відсутності синього світла. Іншими словами, світлозалежна магніторецепціі, що забезпечується людським кріптохроми, чи ні?
Дослідники протестували мух з людським кріптохроми в різних умовах: при освітленні повним світловим спектром; при освітленні світлом з довжиною хвилі більше 500 нм і при освітленні світлом з довжиною хвилі більше 400 нм (флавін показує чутливість до світла з довжиною хвилі 450 нм). Результати свідчили про те, що, по крайней мере в дрозофіл, опосередкована людським кріптохроми магніторецепціі залежить від синього світла.
Розпізнавання людським кріптохроми магнітного поля залежить від синього світла. При висвітленні світлом, в якому немає синьої складової (> 500 нм), магнітне поле не розпізнає. Full spectrum - повний спектр. Зображення з обговорюваної статті в Nature Communications
Результати отриманих експериментів говорять про те, що людський криптохром може забезпечувати магніторецепціі. Однак чи забезпечує він її насправді у людини чи ні, тобто чутливий людина до магнітного поля, - все одно залишається відкритим питанням. Тема потребує подальших дослідженнях, і, напевно, з огляду на світлочутливість людського криптохрома, варто зосередитися на впливі магнітного почуття на зір, а не на невізуальних ефекти магнітного поля.