Czy ludzie mają zmysł magnetyczny? Biolodzy wiedzą inne zwierzęta tak. Uważają, że pomaga stworzeniom, w tym pszczołom, żółwiom i ptakom poruszać się po świecie.
Naukowcy próbowali zbadać, czy ludzie należą do listy organizmów wrażliwych magnetycznie. Przez dziesięciolecia dochodziło do wymiany między pozytywne raporty i niepowodzenia w demonstracji cecha u ludzi, z pozornie niekończące się kontrowersje.
Mieszane wyniki u ludzi mogą wynikać z faktu, że praktycznie wszystkie wcześniejsze badania opierały się na decyzjach behawioralnych uczestników. Jeśli ludzie posiadają zmysł magnetyczny, codzienne doświadczenie sugeruje, że byłby on bardzo słaby lub głęboko podświadomy. Takie słabe wrażenia można łatwo błędnie zinterpretować – lub po prostu przeoczyć – podczas podejmowania decyzji.
Tak więc nasza grupa badawcza – w tym m.in biolog geofizyczny, A neurobiolog poznawczy oraz neuroinżynier – przyjął inne podejście. Co znaleźliśmy prawdopodobnie stanowi pierwszą konkretną neuronaukę dowód na to, że ludzie mają zmysł geomagnetyczny.
Jak działa biologiczny zmysł geomagnetyczny?
Ziemia otoczona jest polem magnetycznym, generowanym przez ruch płynnego jądra planety. Dlatego kompas magnetyczny wskazuje północ. Na powierzchni Ziemi to pole magnetyczne jest dość słabe, około 100 razy słabszy niż magnes na lodówkę.
Życie na Ziemi jest wystawione na wszechobecne pole geomagnetyczne planety, którego intensywność i kierunek zmienia się na powierzchni planety. Nasky/Shutterstock.com
W ciągu ostatnich 50 lat naukowcy wykazali, że setki organizmów w prawie wszystkich gałęziach bakterii protista a królestwa zwierząt mają zdolność wykrywania i reagowania na to pole geomagnetyczne. U niektórych zwierząt – takich jak pszczoły miodne – geomagnetyczne reakcje behawioralne są tak silne jak odpowiedzi na światło, zapach lub dotyk. Biolodzy zidentyfikowali silne reakcje u kręgowców, począwszy od: ryba, płazy, Gady, liczne ptaki i różnorodne ssaki, w tym wieloryby, gryzonie, nietoperze, krowy i psy – z których ostatni można wyszkolić, aby znaleźć ukryty magnes sztabkowy. We wszystkich tych przypadkach zwierzęta wykorzystują pole geomagnetyczne jako elementy swoich zdolności naprowadzania i nawigacji, wraz z innymi wskazówkami, takimi jak wzrok, węch i słuch.
Sceptycy odrzucili wczesne doniesienia o tych reakcjach, głównie dlatego, że nie wydawało się, aby istniał biofizyczny mechanizm, który mógłby przełożyć słabe pole geomagnetyczne Ziemi na silne sygnały neuronowe. Pogląd ten został radykalnie zmieniony przez odkrycie, że żywe komórki mieć zdolność do budować nanokryształy ferromagnetyczny magnetyt mineralny – w zasadzie maleńkie żelazne magnesy. Biogeniczne kryształy magnetytu po raz pierwszy zaobserwowano w zębach jednej grupy mięczaków, później w bakteria, a następnie w wielu innych organizmach, od protistów i zwierząt, takich jak owady, ryby i ssaki, w tym w tkankach ludzkiego mózgu.
Niemniej jednak naukowcy nie uważali ludzi za organizmy wrażliwe na pole magnetyczne.
Manipulowanie polem magnetycznym
W naszym nowym badaniu poprosiliśmy 34 uczestników, aby po prostu usiedli w naszej komorze testowej, podczas gdy bezpośrednio rejestrowaliśmy aktywność elektryczną w ich mózgach za pomocą elektroencefalografii (EEG). Nasz zmodyfikowany klatka Faradaya zawierał zestaw 3-osiowych cewek, które pozwalają wytwarzać kontrolowane pola magnetyczne o wysokiej jednorodności za pomocą prądu elektrycznego, który przepływał przez jego przewody. Ponieważ żyjemy na średnich szerokościach geograficznych półkuli północnej, środowiskowe pole magnetyczne w naszym laboratorium opada na północ pod kątem około 60 stopni od poziomu.
W normalnym życiu, gdy ktoś obraca głowę – powiedzmy kiwając głową w górę i w dół lub obracając głowę z lewej strony na prawą – kierunek pola geomagnetycznego (które pozostaje stałe w przestrzeni) zmieni się w stosunku do jego czaszki. Nie jest to niespodzianką dla mózgu badanego, ponieważ w pierwszej kolejności kierowało to mięśniami, aby poruszały głową w odpowiedni sposób.
Uczestnicy badania siedzieli w komorze eksperymentalnej zwróconej na północ, podczas gdy pole skierowane w dół obracało się zgodnie z ruchem wskazówek zegara (niebieska strzałka) z północnego zachodu na północny wschód lub przeciwnie do ruchu wskazówek zegara (czerwona strzałka) z północnego wschodu na północny zachód. Laboratorium Pola Magnetycznego, Caltech, CC BY-ND
W naszej komorze doświadczalnej możemy po cichu poruszać polem magnetycznym względem mózgu, ale mózg nie zainicjował żadnego sygnału, aby poruszyć głową. Można to porównać do sytuacji, gdy twoja głowa lub tułów są biernie obracane przez kogoś innego, albo gdy jesteś pasażerem w obracającym się pojeździe. Jednak w takich przypadkach twoje ciało nadal będzie rejestrować sygnały przedsionkowe o swoim położeniu w przestrzeni, wraz ze zmianami pola magnetycznego – w przeciwieństwie do tego, nasza eksperymentalna stymulacja była tylko przesunięciem pola magnetycznego. Gdy przesunęliśmy pole magnetyczne w komorze, nasi uczestnicy nie odczuwali żadnych oczywistych odczuć.
Z drugiej strony dane EEG ujawniły, że pewne rotacje pola magnetycznego mogą wywoływać silne i powtarzalne reakcje mózgu. Jeden wzorzec EEG znany z istniejących badań, zwany alfa-ERD (desynchronizacja związana ze zdarzeniami), zwykle pojawia się, gdy osoba nagle wykrywa i przetwarza bodziec sensoryczny. Mózgi były „zatroskane” nieoczekiwaną zmianą kierunku pola magnetycznego, co wywołało redukcję fali alfa. To, że widzieliśmy takie wzorce alfa-ERD w odpowiedzi na proste rotacje magnetyczne, jest potężnym dowodem na ludzką magnetorecepcję.
Wideo pokazuje dramatyczny, powszechny spadek amplitudy fali alfa:
{youtube}6Y4S2eG9BJA{/youtube}
Wideo pokazuje dramatyczny, powszechny spadek amplitudy fali alfa (głęboki niebieski kolor na lewej głowie) po obrotach w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Nie obserwuje się spadku po obrocie w prawo lub w stanie ustalonym. Connie Wang, Caltech
Mózgi naszych uczestników reagowały tylko wtedy, gdy pionowa składowa pola była skierowana w dół pod kątem około 60 stopni (podczas obracania się w poziomie), jak to ma miejsce naturalnie w Pasadenie w Kalifornii. Nie reagowały na nienaturalne kierunki pola magnetycznego – na przykład skierowane w górę. Sugerujemy, że reakcja jest dostosowana do naturalnych bodźców, odzwierciedlając mechanizm biologiczny ukształtowany przez dobór naturalny.
Inni badacze wykazali, że mózgi zwierząt filtrują sygnały magnetyczne, reagując tylko na te, które są istotne dla środowiska. Sensowne jest odrzucanie każdego sygnału magnetycznego, który jest zbyt odległy od naturalnych wartości, ponieważ najprawdopodobniej pochodzi on z anomalii magnetycznej - na przykład uderzenia pioruna lub osadzania się kamienia w ziemi. Jeden z wczesnych raportów na temat ptaków wykazał, że rudziki przestają używać pola geomagnetycznego, jeśli siła jest większa niż około 25 procent różni się od tego, do czego byli przyzwyczajeni. Możliwe, że ta tendencja może być powodem, dla którego poprzedni badacze mieli problem z rozpoznaniem tego magnetycznego zmysłu – jeśli… podkręcili siłę pola magnetycznego aby „pomóc” badanym wykryć to, mogli zamiast tego zapewnić, że ich mózgi zignorują to.
Co więcej, nasza seria eksperymentów pokazuje, że mechanizm receptora – biologiczny magnetometr u ludzi – nie jest indukcją elektryczną i może odróżnić północ od południa. Ta ostatnia cecha całkowicie wyklucza tzw „kompas kwantowy” lub „kryptochrom” mechanizm, który jest obecnie popularny w literaturze zwierzęcej na temat magnetorecepcji. Nasze wyniki są zgodne tylko z funkcjonalnymi komórkami magnetoreceptorowymi opartymi na biologiczna hipoteza magnetytowa. Zauważ, że system oparty na magnetycie może również wyjaśnić wszystkie efekty behawioralne u ptaków który przyczynił się do powstania hipotezy kompasu kwantowego.
Mózgi podświadomie rejestrują przesunięcia magnetyczne
Wszyscy nasi uczestnicy byli nieświadomi zmian pola magnetycznego i reakcji ich mózgu. Czuli, że przez cały eksperyment nic się nie wydarzyło – po prostu przez godzinę siedzieli sami w mrocznej ciszy. Jednak pod spodem ich mózgi ujawniły szeroki zakres różnic. Niektóre mózgi prawie nie wykazywały reakcji, podczas gdy inne mózgi miały fale alfa, które po zmianie pola magnetycznego zmniejszyły się do połowy normalnej wielkości.
Dopiero okaże się, co te ukryte reakcje mogą oznaczać dla ludzkich zdolności behawioralnych. Czy słabe i silne reakcje mózgu odzwierciedlają jakieś indywidualne różnice w zdolnościach nawigacyjnych? Czy osoby ze słabszymi reakcjami mózgu mogą skorzystać na jakimś treningu? Czy osoby z silnymi reakcjami mózgu można wytrenować, aby rzeczywiście odczuwały pole magnetyczne?
Reakcja człowieka na pola magnetyczne o sile Ziemi może wydawać się zaskakująca. Ale biorąc pod uwagę dowody na odczucia magnetyczne u naszych przodków zwierzęcych, bardziej zaskakujące byłoby, gdyby ludzie całkowicie stracili każdy element systemu. Jak dotąd znaleźliśmy dowody na to, że ludzie mają działające czujniki magnetyczne wysyłające sygnały do mózgu – wcześniej nieznana zdolność sensoryczna podświadomego ludzkiego umysłu. Pełny zakres naszego magnetycznego dziedzictwa pozostaje do odkrycia.
O Autorach
Shinsuke Shimojo, Gertrude Baltimore, profesor psychologii eksperymentalnej, California Institute of Technology; Daw-An Wu,, California Institute of Technologyoraz Joseph Kirschvink, Nico i Marilyn Van Wingen, profesor geobiologii, California Institute of Technology
Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.
Powiązane książki
at Rynek wewnętrzny i Amazon
