Migrazione orientamento ipotesi su meccanismi magnetismo? Criptocromo?

Presentazione sul tema: "Migrazione orientamento ipotesi su meccanismi magnetismo? Criptocromo?"— Transcript della presentazione:

1 Migrazione orientamento ipotesi su meccanismi magnetismo? Criptocromo?

2 Il comportamento degli esseri viventi, vegetali e animali, (es, ciclo riproduttivo, germinazione, maturazione frutti ecc) risente in modo spesso evidente alle variazioni ambientali di varia natura: alternanza giorno-notte, alternanza stagionale, variazioni meteorologiche, variazioni di temperatura, umidità, tipo di correnti oceaniche, densità e salinità delle acque, pH ecc. Si propongono varie ipotesi per spiegare tale fenomeno, non sempre completamente risolutive, anche se talora abbastanza attendibili Un fenomeno particolare , la migrazione di varie specie animali, non trova ancora una spiegazione risolutiva La migrazione , per via aerea, terrestre, oceanica è realtà constatata possono concorrere vari fattori , situazioni: visibilità del sole, luna, stelle, elementi morfologici, odori, correnti oceaniche con diversa temperatura, densità, salinità in modo variabile Particolare importanza sembra dover essere attribuita al campo magnetico che circonda tutta la sfera terrestre con le sue linee di forza

3 Nord geografico sud magnetico
Al polo Nord geografico corrisponde un magnetismo di tipo Sud Al polo Sud geografico corrisponde un magnetismo di tipo Nord (se Nord dell’ago è attratto verso Nord geografico significa che ivi si deve trovare un magnetismo di tipo opposto, cioè Sud e viceversa a Sud: tutto per motivo della convenzione nella attribuzione del nome di polarità dell’ago N S Nord geografico sud magnetico Ago libero di ruotare su piano verticale:asse orizzontale Un ago che punta il N verso il basso indica che si trova sopra il polo N geografico (boreale) Un ago che punta il S verso il basso indica che si trova sopra il polo S geografico (australe) Un ago che rimane orizzontale indica che si trova a metà strada tra i due poli:equatore Valori intermedi,indicano latitudini intermedie N S N S nord sud Equatore magnetico N S Sud geografico nord magnetico

4 Nord magnetico (magnetismosud)
Nord geografico sud Equatore magnetico Equatore geografico Sud magnetico (magnetismo nord) Sud geografico Si è assegnata la polarità nord alla punta dell’ago orientata verso il nord geografico e polarità sud alla punta opposta:poiché polarità opposte si attirano, si deve ammettere che al polo nord magnetico esista però un magnetismo tipo sud e viceversa al polo sud magnetico, un magnetismo tipo nord

5 Un ago magnetico , libero di ruotare su un piano orizzontale,si pone sempre in direzione del campo magnetico Un ago magnetico, libero di ruotare su un piano verticale, assume inclinazioni variabili rispetto al piano orizzontale, da 0° a 90° declinazione inclinazione Ng O° Sg 90°

6 Poli geografici e poli magnetici non coincidono e si rileva una continua variazione nella posizione relativa (causa precessione…) Alcune caratteristiche del polo magnetico terrestre: risulta molto debole, di intensità variabile nel tempo, esiste una declinazione e una inclinazione magnetica, può essere perturbato localmente da rocce ferrose, magnetiche e da forti campi elettromagnetici locali (artificiali) In particolare la inclinazione magnetica può dare informazioni sulla posizione rispetto all’equatore magnetico (e geografico) e quindi sulla latitudine o distanza da poli, equatore, emisfero australe o boreale Nm L’ago magnetico assume posizioni diverse se si trova sopra i poli, sopra l’equatore o in posizioni intermedie N S Verticale sopra i poli orizzontale sopra equatore inclinato in altre posizioni Equatore m Sm

7 Esempi di situazioni migratorie con tentativi di interpretazione sul meccanismo che permette agli animali di orientarsi nel percorso della loro migrazione, andare e ritornare, spesso restando costante il luogo di partenza , di arrivo e di ritorno (es. salmoni che dalle sorgenti scendono nel mare e poi ritornano alle sorgenti di partenza..; anguille che dal mare mediterraneo vanno a riprodursi nel mar dei sargassi e poi ritornano nel mare mediterraneo..) Oltre al problema di comprendere il meccanismo di orientamento e la memorizzazione, sono vari i problemi che vengono posti considerando il fenomeno delle migrazioni: es.data di inizio, preparativi e riserve energetiche in previsione della durata del viaggio, luoghi di sosta… Migrazioni giornaliere plancton marino Migrazioni stagionali a scopo nutritivo, riproduttivo

8 Una serie di osservazioni su mandria di mucche mostra una preferenza nel loro allineamento lungo l’asse nord-sud (magnetico); allineamento perturbato in prossimità di linee ad alta tensione (forse perché il debole campo magnetico secondo il quale le mucche si orientavano (?) veniva nascosto dal più forte campo elettromagnetico creato dalla linea ad alta tensione (?) :rimane un problema… Nm Ng Linea alta tensione Problema:si pensava che le sostanze organiche non potevano essere sensibili al debole campo magnetico terrestre e non si conoscevano soluzioni attendibili

9 1997: Trota arcobaleno:presenta nelle narici cellule sensoriali dotate di particelle di magnetite sensibili a una variazione nella direzione del campo magnetico: se il campo devia, la magnetite subisce uno spostamento che permette la apertura di pori nella membrana cellulare e favorisce uno scambio ionico interpretato come segnale da inviare ai centri nervosi del cervello… Direzione campo magnetico Sensore con magnetite Membrana cellulare con pori ioni cervello

10 Anni cinquanta : Osservazioni sui pettirossi mantenuti in voliera: in autunno , tempo normale per la loro migrazione , tendevano a spostarsi in direzione sud (propria della migrazione), senza disporre di segnali visivi: creando un campo magnetico artificiale, con il sud nella direzione del nord, i pettirossi si spostavano verso il sud artificialmente creato: conclusione:i pettirossi sono sensibili al campo magnetico e nella loro migrazione ( in autunno) tendono verso sud. liberi nord sud nord sud In voliera

11 Modello interpretativo ipotetico (valido anche per altri esempi) l’animale possiede un meccanismo che permette di rilevare il campo magnetico circostante e comunica la informazione al cervello che coordina in conseguenza i movimenti dell’animale sud nord nord sud sud nord

12 Ng Anomalie magnetiche dovute a rocce magnetizzate Nm Tartaruga marina Tartarughe marine sembrano sensibili alle anomalie magnetiche presenti sui fondali e si orientano secondo le indicazioni percepite : mappa magnetica memorizzata?

13 1972:Osservazioni su pettirossi, passeri portano alla convinzione che siano sensibili alla direzione del campo magnetico e anche alla sua inclinazione: percepiscono direzione e latitudine… Ipotesi: anche gli uccelli sono dotati di mappa magnetica memorizzata ? Sembra non sufficiente la percezione del campo magnetico per ottenere un corretto orientamento: intervengono anche altre informazioni, da altri sensi:es.olfatto: colombi privati del senso dell’olfatto sono disorientati colombi disturbati da campi magnetici artificiali mantengono la capacità di orientamento corretto Nm

14 Varie osservazioni portano alla convinzione che l’orientamento in funzione del campo magnetico esiga anche la partecipazione della luce Pettirossi in laboratorio esigono una componente blu della luce per ottenere un corretto orientamento in funzione del campo magnetico Batteri in latitudini con elevato valore della inclinazione magnetica usano tale informazione per riconoscere la direzione verso il basso invece di sfruttare la forza di gravità come indicazione I batteri contengono particelle filiformi di magnetite che allineandosi tra loro e con il campo segnalano al batterio la direzione verso il basso, ove si trova l’ambiente più adatto alla vita di tali batteri :ipotesi plausibile…

15 2004: usignoli:si rivela interazione tra luce e orientamento magnetico: sembra che ogni sera il senso magnetico venga ricalibrato gruppo di usignoli sottoposto al tramonto a campo magnetico falsato:rivolto a est invece che a nord e gruppo indisturbato; in seguito, nel buio della notte vengono tutti liberati(seguiti da antenna che li localizza avendoli dotati di ricetrasmettitori): gruppo indisturbato vola verso nord (normale) gruppo perturbato vola verso est(errato); la notte seguente anche il gruppo disturbato riprende il volo verso nord: aveva ricalibrato il corretto senso magnetico ? tramonto notte giorno tramonto notte giorno Nm Ipotesi: la bussola interna funziona solo se c’è luce? Il sole permette di ricalibrare la bussola interna? notte giorno tramonto Nm>Est

16 2000…piccioni viaggiatori presentano sulla pelle del becco (dotata di ricca innervazione) microscopiche particelle di magnetite: possibilità di individuare la direzione del campo magnetico( non la intensità) ?problema: solo poche particelle sono di magnetite, altre sono di maghemite (meno magnetiche) Ipotesi: la maghemite magnetizzandosi temporaneamente potrebbe amplificare il campo geomagnetico influenzando la magnetite ??? magnetite maghemite Campo magnetico amplificato Campo magnetico debole

17 Ipotesi: interazione tra luce, campo magnetico, reazione chimica e senso di orientamento magnetico ?
2000…:scoperto pigmento proteico, criptocromo, nelle piante e nella retina di animali (uomo compreso): interviene nella regolarizzazione dei ritmi biologici legati all’alternarsi del giorno e della notte Ipotesi: un fotone colpisce il pigmento che produce radicali liberi che permettono a cellule retiniche specializzate di individuare la direzione del campo magnetico ? Come ??? retina pigmento cervello fotone Radicale libero ?

18 Possibili due configurazioni in alternanza tra loro
Un fotone (luce blu) assorbito dal criptocromo produce la dislocazione di un elettrone nella molecola del pigmento rendendo instabile la molecola ( stabile se gli elettroni sono appaiati nella stessa orbita con spin antiparalleli) Due elettroni appaiati, antiparalleli > due elettroni separati antiparalleli Possibili due configurazioni in alternanza tra loro Due elettroni appaiati, antiparalleli > due elettroni separati paralleli

19 Possibili due configurazioni in alternanza tra loro
Nm Se l’uccello vola verso N, prevale stato antiparallelo:stabile reazione bloccata Se l’uccello volando devia, prevale stato parallelo:un fotone libera un elettrone che permette una reazione:segnale per cervello che indica variazione direzione rispetto al nord due elettroni separati antiparalleli Possibili due configurazioni in alternanza tra loro Ogni posizione sarà più probabile in funzione della direzione del campo rispetto alla posizione degli occhi due elettroni separati paralleli

20 Problemi tutti ancora in attesa di soluzione …
2009: si osserva che la esistenza di lesioni nel cervello di uccelli migratori in regioni collegate alla visione rende problematico l’orientamento magnetico Nm Pettirossi e polli presentano il criptocromo oltre che nella retina anche in cellule particolarmente sensibili ai raggi ultravioletti (fotoni più efficaci) Le onde elettromagnetiche producono campi magnetici e campi elettrici che potrebbero inibire o ridurre la capacità di percepire il debole campo magnetico terrestre Drosophile addestrate a seguire campi magnetici per trovare cibo, perdono questa capacità se deprivati del gene del criptocromo 2011: gene del criptocromo umano sostituito al gene nella drosophila mantiene la capacità di orientamento nel campo magnetico: anche l’uomo possiede la capacità di orientamento nel campo magnetico?? Problemi tutti ancora in attesa di soluzione …