miércoles, 18 de agosto de 2010

Orientación magnética en animales terrestres.

Se ha demostrado claramente la orientación magnética en el caso de los roedores, en los cuales la magnetita se encuentra en la cavidad etmoidea en los huesos nasales. También se ha visto que en las proximidades de la magnetita hay terminaciones nerviosas por lo que se podría hablar de una función sensorial para detectar campos magnéticos. El problema de la conversión en impulso nervioso es común a todos los animales superiores que se orientan por medio de inclusiones de magnetita que se encuentran en su interior. Sobre los mecanismos de detección hay discusión en torno a tres posibilidades, pero datos y demostraciones son muy indirectas y debe hacerse un gran esfuerzo experimental en el aspecto fisiológico de conversión en impulso nervioso para que los mecanismos finales puedan ser claros.
En los monos y en el ser humano se ha encontrado magnetita tanto en la cavidad etmoidea como en otras partes. En particular, los tejidos blandos del cerebro contienen el equivalente de varios millones de magneto somas por gramo. Esto implica que menos del 0.1 % de las células del cerebro humano contienen magnetita.
Hay experimentos sobre orientación magnética en personas ciegas pero no se ha demostrado claramente una orientación ya que los intentos de repetición del experimento han fallado por lo que la habilidad no está demostrada.

Orientación magnética en aves e insectos.

Basándose en el trabajo del grupo de Brown, otro grupo de investigadores (Jun germán y Rosenblum) realizó un trabajo teórico sobre la posibilidad de la existencia de un mecanismo de inducción magnética para orientarse los animales en el aire.
La evidencia de este mecanismo salió de un trabajo clásico de Keeton a finales de los 70 en palomas mensajeras. En dicho trabajo se colocaron pequeñas barras imantadas en la parte trasera de la cabeza de un grupo de palomas y se comparó su habilidad de volver a las jaulas del palomar con las de un grupo de control que solo llevaba barras de cobre. Cuando el cielo estaba cubierto, es decir, en un día nublado en que no se veía el Sol, la orientación de las palomas que llevaban imanes quedaba imposibilitada mientras que la del grupo de control se mantenía y era capaz de volver al palomar.
En un paso siguiente del estudio se sustituyeron los imanes por bobinas de Helmhotz sujetas a las cabezas de las palomas cuando el cielo estaba cubierto. Comprobaron que la dirección del vuelo dependía de la orientación el campo magnético generado con las bobinas. También se comprobó que las anomalías magnéticas y las tormentas magnéticas afectaban a la orientación. Trabajos posteriores mostraron que, además de tener una sensibilidad magnética las palomas podrían tener un “mapa “magnético. Quedó así claramente establecido que existe una orientación de las palomas a través del campo geomagnético.
Posteriormente, se comprobó que otras aves, como el petirrojo, y, en particular las aves migratorias, se orientaban también detectando el campo geomagnético. En particular, el petirrojo se orientaba a partir de la inclinación en el espacio de la dirección axial de las líneas de campo magnético.

En 1979, el grupo de C. Walcott publicó en la revista Science, un artículo que tiró por tierra la teoría de Jun germán y Rosenblum sobre el mecanismo de detección de campos magnéticos en las aves. El grupo de Walcott comprobó, diseccionando palomas con instrumentos no magnéticos que estos animales tenían material magnético en la cabeza y el cuello. La mayoría del material magnético se encontraba localizado en un tejido entre el cráneo y la dura, en una pequeña estructura de color negro situada entre el encéfalo y el cráneo. Cada paloma tenía un momento bipolar magnético remanente de 10-8 – 10-9 Am2 que desaparecía a 575ºC indicando que era Fe3O4, es decir, magnetita. Otro grupo encontró que había material genético y sensibiidad magnética en el cuello de palomas y cuervos migratorios, aunque no lo encontró en la cabeza. La sensibilidad de las aves a cambios del campo magnético puede ser tan baja como 0.1-0.2 T (el campo magnético terrestre es de 50 T).
Hoy en día se acepta que la magnetita es el sensor, pero para aclarar el mecanismo será necesario realizar estudios anatómicos muy precisos. Lo que está claro es que hay suficiente material magnético en el interior del ave como para localizar la dirección del campo geomagnético con alta precisión.
Se ha descubierto que casi todos los animales que utilizan el campo magnético terrestre para orientarse contienen partículas microscópicas de magnetita que incluso llegan a estar íntimamente relacionadas con las neuronas en los seres superiores. Aunque la pregunta se si un animal puede detectar directamente un campo magnético no puede ser contestada en el momento actual.
Se cree que el origen evolutivo de esta magnetita es la formación de depósitos minerales que son un subproducto del metabolismo animal. El hierro es un oligoelemento fundamental para la vida, que si el organismo no es capaz de eliminar se oxidará en el interior formando inclusiones de magnetita.

En las hormigas y mariposas se ha encontrado también magnetita y se ha demostrado que en dicho seres existe una orientación magnética. Sin embargo, no se han encontrado células nerviosas receptoras que conviertan la señal magnética en nerviosa por lo que no está muy claro como se orientan.

Animales acuáticos con detección magnética

El primer animal en el que se encontraron inclusiones de magnetita fue un molusco llamado quitón. Se encontraron en 1962, en los dentículos de los dientes (hasta 1mgr), pero parece que no la utilizan para la orientación sino que, aparentemente, es el mineral más denso y duro que puede ser sintetizado por un organismo vivo y éste animal lo utiliza para tener los dientes más duros y poder raspar así las algas presentes en algunas rocas.

En el fondo del océano se forman unas bandas magnéticas debido a las fisuras entre placas. La señal magnética de cada banda puede sumarse al campo geomagnético local, aumentando ligeramente el campo total (máximo magnético), o bien se opone al campo actual de la tierra, reduciéndolo (mínimo magnético). Estas bandas son verdaderas “autopistas” magnéticas. Se pueden detectar tales bandas de intensidad magnética máxima y mínima en regiones muy extensas del océano abierto.
El grupo de Joseph L. Kirsvink ha demostrado que las ballenas y los delfines quedan con frecuencia varados en playas donde los mínimos magnéticos interceptan la tierra, lo que da pie a suponer que los cetáceos siguen esas rutas de migración. Estos animales también tienen magnetita en el cráneo y hay una evidencia de que nadan siguiendo las líneas del campo magnético terrestre. En el caso de las ballenas, cuando hay perturbaciones geomagnéticas, hay embarrancamientos en las costas debido a que pierden su orientación.
Estas sendas podrían proporcionar también información direccional a las tortugas migradoras. Estas tortugas encuentras playas específicas para poner los huevos que se encuentran a miles de kilómetros. Por ejemplo, la tortuga verde (Chelonia mydas) que se encuentra normalmente en Brasil, pone los huevos en la isla de la Ascensión en el Atlántico sur a 2000 Km. de distancia. Recientes experimentos usando satélites para el seguimiento de los desplazamientos muestran que frecuentemente siguen caminos en línea recta. Esta capacidad para orientarse no puede basarse en un mecanismo de aprendizaje. La tortuga hembra deposita los huevos en un agujero de la playa y retorna al mar enseguida y, desde el momento de nacer, las crías tienen la capacidad de dirigirse hacia alta mar siguiendo unas direcciones en línea recta hacia los lugares donde se alimentan. Por tanto, la capacidad de orientación debe ser innata.
Varios parámetros geomagnéticos varían de manera uniforme y predecible según la latitud: así, la inclinación de la líneas de campo magnético (ángulo con el que las líneas del campo magnético terrestre interceptan la superficie de la Tierra) y la intensidad del campo magnético en las direcciones horizontal y vertical. Cualquiera de estas magnitudes podría servir de componente en un mapa para determinar la posición con respecto a un objetivo. Se ha demostrado que las tortugas pueden detectar tanto la intensidad como la orientación del campo magnético terrestre con lo cual pueden usar un “mapa” magnético de dos coordenadas. Una diferencia importante entre las crías y los adultos de tortugas estriba en la capacidad de los segundos para fijar su posición con respecto al destino, esta capacidad recibe el nombre de sentido de mapa. –sabemos poco del sentido de mapa de los animales. Tan sólo se han investigado con profundidad en las aves.
También se ha encontrado magnetita en salmones, algunos moluscos, crustáceos, caracoles marinos, algas, gusanos, planaria, atún y marlín. Estos animales se comportan de tal forma que está claro que son capaces de captar el campo magnético terrestre y la magnetita debe ser el instrumento.

Orientación magnética en bacterias y algas unicelulares.

La mejor y más completa documentación existente sobre la conexión entre comportamiento magnéticamente sensible y la presencia de Fe3O4 es para las bacterias acuáticas.
En 1975, Richard Blakemore, un microbiólogo, descubrió de forma casual en los sedimentos pantanosos unas bacterias que se desplazaban hacia un extremo de la gota de agua situada sobre la platina del microscopio. Inicialmente pensó que se movían en dirección a la luz, pero comprobó que pasaba lo mismo en ausencia de estímulo luminoso. Pronto comprobó que las bacterias se movían paralelamente a las líneas de campo magnético. Es decir, que su desplazamiento era sensible a la presencia de un campo magnético, por lo que las denominó magneto tácticas y al fenómeno magneto taxis. Demostró que las bacterias nadaban siempre a lo largo de las líneas del campo magnético.
La demostración de que existe un material ferromagnético es el hecho de que al aplicarles un campo magnético de 0.1 T se conseguía convertir bacterias buscadoras del norte en bacterias que nadaban hacia el sur. La razón es la inversión de la polaridad del imán interior. Los análisis de microscopio electrónica y otras técnicas demostraron que en el interior de las bacterias magneto tácticas había cristales de magnetita.
El conocer la inclinación del campo magnético terrestre con respecto a la superficie les sirve a las bacterias para determinar la dirección de mayor profundidad del agua o del fango, medio en el cual viven. Hay que tener en cuenta que las bacterias magneetotácticas son anaerobias o microaerofilas, por ello encontrar la dirección de máxima profundidad (donde hay menos concentración de oxígeno) es vital para ellas. A la escala de las bacterias los movimientos del agua al azar, las corrientes de convección, la agitación térmica, etc. Son mucho más importantes que el efecto de la gravedad ya que su peso es muy pequeño. Así, el detectar la componente vertical del campo magnético terrestre es para las bacterias la mejor forma de encontrar el fondo.
Estas bacterias son muy frecuentes, encontrándose en cualquier parte del mundo y con una gran diversidad de tipos morfológicos, lo que sugiere que el fenómeno es característico de un gran número de especies bacterianas. Poseen varías partículas, de 50 nanómetros, varias partículas aproximadamente cúbicas formadas casi enteramente de magnetita pura. Esta magnetita se encuentra en el citoplasma envuelto por una membrana biológica, lo que prueba que forma parte de un orgánulo especializado. Por esta razón, se las denominó magneto somas. Estas magnetos somas aparecen alineadas formando una cadena paralela al eje de movilidad de la bacteria. Las interacciones magnéticas entre partículas de la cadena tienden a orientar sus momentos bipolares magnéticos en paralelo a lo largo del eje de la cadena. Debido a la orientación paralela de los momentos, el momento total de la bacteria es la suma de los momentos de las distintas partículas. El resultado es la formación de un dipolo magnético bastante intenso que orienta a la bacteria paralelamente a las líneas del campo magnético local. Así, la orientación de la bacteria en el agua esta determinada por el equilibrio entre la fuerza magnética y las fuerzas aleatorias que tienen su origen en el movimiento térmico de las moléculas del agua.

viernes, 13 de agosto de 2010

Magnetismo

En el núcleo de nuestro planeta existe una bola de hierro sólido, a una temperatura aproximadamente igual de caliente a la superficie del sol. Los investigadores lo llaman el "núcleo interno". Realmente es un mundo en el interior de otro mundo. El núcleo interior tiene un tamaño del 70% de la luna. Gira con período propio, que es de 0,2º grados de longitud por año más rápido que el de la superficie de la Tierra, y cuenta con su propio océano: una capa muy profunda de hierro líquido conocido como el "núcleo externo".
El núcleo externo es la fuente del campo magnético.
El campo magnético de la Tierra se origina en este océano de hierro, el cual es un fluido conductor de la electricidad en constante movimiento. Descansando sobre el caliente núcleo interior, el núcleo externo líquido se agita furioso como el agua sobre una sartén al fuego. El núcleo exterior sufre también "huracanes" -- remolinos generados por las fuerzas de Coriolis producidas por la rotación terrestre.
Estos complejos movimientos generan el magnetismo terrestre a través de un proceso llamado Efecto Dinamo.
MECANISMOS DE INTERACCION DE LOS CAMPOS MAGNETICOS CON SERES VIVOS.
El principal método de interacción de los campos magnéticos con los seres vivos es la magneto-orientación, en la que se funda este trabajo. Esto consiste en que la moléculas y átomos de materiales diamagnéticos como para magnéticos en presencia de un campo magnético experimentase una fuerza que tiende a orientarlos en una configuración que minimiza la energía libre.

1. ORIENTACIÓN MAGNÉTICA.

Los organismos se desarrollan y evolucionan en presencia del campo magnético terrestre y, por tanto, puede existir una ventaja evolutiva en poder detectar dicho campo ya que podría utilizarse, por ejemplo, para la orientación. Así, no debería ser sorprendente la existencia de muchas especies capaces de orientarse usando el campo magnético terrestre.
Se ha observado que durante los periodos de inversiones magnéticas han ocurrido extinciones en masa o especializaciones en animales. Las razones pueden ser múltiples, pero una de ellas puede ser la pérdida de referencias en animales que son capaces de detectar el campo magnético terrestre.
Se han observado estos efectos de los campos magnéticos en el comportamiento de una amplia variedad de organismos, y estos seres tienen la posibilidad de detectar el campo magnético terrestre y usar dicha capacidad para orientarse.
Para demostrar todas estas teorías se han hecho estudios en diversos grupos de animales, como veremos en la próxima clase.

El Biomagnetismo

EL BIOMAGNETISMO
Tengamos presente que este es un fenómeno biológico consistente en la producción de campos electromagnéticos producidos por la materia viva pudiendo estos ser (células, tejidos u organismos).
Es decir el biomagnetismo es el magnetismo generado por los seres vivos .aunque también se ha usado esta palabra para designar el estudio de los efectos del campo magnetico sobre la vida, aunque en este caso se prefiere el termino magnetobiologia .Las investigaciones sobre biomagnetismo consideran que algunas bacterias producen biológicamente granos de magnetita (un óxido de hierro) con un solo dominio, que se alinean y forman brújulas internas.Pueden usar sus brújulas para detectar la inclinación del campo geomagnético .Como tienen un sentido de dirección pueden localizar fuentes de alimentos .Es notable que esas bacterias, al sur del ecuador, formen los mismos imanes de un dominio, pero alineadas en direcciones opuestas respecto a las que forman sus contrapartes en el norte.Las bacterias no son los únicos organismos vivos que tienen brújulas incorporadas.En fecha reciente se determino que las palomas tienen imanes de magnetita de múltiplos dominio, dentro del cráneo, conectadas con una gran cantidad de nervios que penetran en el cerebro. Las Palomas tienen un sentido magnético y pueden discernir no solo las direcciones longitudinales al campo geomagnético, sino también la latitud, por la inclinación de ese campo.tambien se ha encontrado material magnético en el abdomen de las abejas, cuyo comportamiento cuyo comportamiento es afectado por pequeños campos magneticos.Algunas avispas, las mariposas monarca, las tortugas marinas y los peces son criaturas con sentido magnético. En 1992, los investigadores descubrieron pequeños cristales de magnetita en los cerebros humanos. Parecidos a los cristales de las bacterias magneticas.Nadie sabe si están relacionados a nuestros sentidos.Al igual que las criaturas mencionadas, puede ser que tengamos un sentido magnético.