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ゴキブリの磁化の奇妙な事例
鳥は、磁場を感知し、方向付けやナビゲーションに使用できる生き物の最も有名な例です。あまり知られていないのは、磁場に置かれるとすぐに磁化されるアメリカのゴキブリの磁気感知能力です。
これらのクリーチャーがこの能力をどのように使用するかは、多くの憶測の対象です。しかし、生体磁気センシングをよりよく理解することで、エンジニアがマイクロロボットナビゲーションなどの他のアプリケーション向けのより優れたセンサーを設計するのに役立つ可能性があるという一般的な合意があります。
しかし、それが起こる前に、エンジニアはゴキブリがどのように磁場を感知し、どのように彼ら自身が磁化されるかをはるかによく理解する必要があります。
シンガポールの南洋理工大学でLing-JunKongに入り、アメリカのゴキブリが磁化される方法を測定した数人の仲間。その過程で、彼らは驚くべき発見をしました。生きているゴキブリの磁気特性は、死んだゴキブリの磁気特性とは著しく異なることがわかりました。そして彼らは彼らが理由を知っていると思います。
実験は簡単です。 Kongと共同研究者は、1.5キロガウスの磁場に一連の生きているゴキブリと死んだゴキブリを配置しました。これは冷蔵庫用マグネットの約100倍の強度です。チームはクリーチャーをフィールドに20分間置いた後、それらがどれだけ強く磁化されたか、そしてこの磁化が減衰するのにどれくらいの時間がかかったかを測定しました。
結果は興味深い読み物になります。チームは、ゴキブリが外部磁場から出てくるとすぐに、生きているか死んでいるかにかかわらず、すべてのゴキブリに関連する磁場を簡単に測定できました。その後、生きているゴキブリに関連するフィールドは、約50分で崩壊しました。対照的に、死んだゴキブリで畑が腐敗するのにほぼ50時間かかりました。
それは明らかな疑問を提起します：なぜ違いがあるのですか？ Kongと共同研究者は、答えを出すために磁化の数学的モデルを作成しました。彼らは、磁化はゴキブリ内部の磁性粒子が外部磁場と整列した結果であると想定しています。ブラウン運動により磁性粒子が再びランダムに整列するため、外部磁場から除去されると磁化が減衰します。
しかし、彼らはまた、粒子が閉じ込められている媒体の粘度に応じてこれにかかる時間がどのように変化するかを調査します。彼らは、この媒体の粘度が増加し、よりガラス質になるにつれて減衰時間が増加することを示しています。
これは、難問への答えを示唆しています。ゴキブリは、外部磁場と整列する磁性粒子を含んでいるため、磁化されます。これらの粒子は、生きているゴキブリの粘度が低い鼻水媒体に閉じ込められます。しかし、生き物が死ぬとすぐに、培地は固まり始め、その粘度は増加します。これが減衰時間を増加させる原因です。
これは、ゴキブリが外部磁場と相互作用する方法に関するいくつかの重要な質問に答えるのに役立つ興味深い作品です。しかし、それは多くの謎を残します。
まず、磁性粒子の性質の問題です—それらは何ですか？生物学者は、アリ、ミツバチ、シロアリに磁性鉱物のグレイジャイト（硫化鉄の一種）の小さな粒子を発見しました。
したがって、ゴキブリにもグレイガイトの粒子が含まれている可能性があります。実際、Kongと共同の結果は、半径50ナノメートル程度のグレイジャイト粒子の存在と互換性がありますが、結果は、マグネタイトなどの関連する磁性鉱物の存在を除外しています。
別の問題は、そのような粒子がどこから来るのかということです。それらは環境からゴキブリによって拾われた汚染物質ですか、それともゴキブリ自体の内部の生物学的プロセスによって形成された生体起源ですか？ Kongとcoはこれに答えることができません。
しかし、彼らはゴキブリがこの種の磁化をどのように使用するかについていくらかの光を投げかけることができます。彼らは、生きているゴキブリの50分の減衰時間は遅すぎて、生物学的に使用できないと言います。私たちのデータとモデルは、これらの磁性粒子が磁気センシングの原因となることはできないことを示しています、と彼らは言います。
したがって、ゴキブリが磁気センシングを利用する場合は、他のメカニズムを使用する必要があります。ここでの主要な候補は、磁場が化学反応の結果に影響を与えるラジカルペアメカニズムです。
多くの生物物理学者は、これが生物学的に有用な時間スケールで生物に現実的に影響を与えることができる唯一のメカニズムであると考えています。おそらくゴキブリもこれを使っています。私たちの実験は、他の形態の磁覚受容のサポートを提供します。ラジカルペアメカニズム、Kongと共同。
これは、磁場のバイオセンシングをよりよく理解し、次世代のセンサーでこの機能を活用するための足がかりとなる興味深い作業です。
参照： arxiv.org/abs/1702.00538 ：ワモンゴキブリのin-vivo生体磁気特性