Нанотехнологии в природе: кто первым изобрел компас?

Одним из величайших открытий человечества считается изобретение компаса. Компас - это устройство, облегчающее ориентирование на местности путём указания на магнитные полюса Земли и стороны света. Трудно переоценить важность его изобретения. Оно произвело настоящий переворот в истории мореплавания, поскольку компас стал первым навигационным прибором, который позволил отважным морякам выйти в открытое море. Уже в III веке до н. э. (примерно 2400 лет тому назад) в Китае был изобретен прибор, указывающий стороны света. Древний компас имел вид ложки с тонким черенком и шарообразной выпуклой частью, сама ложка была изготовлена из магнетита. Хорошо отполированная выпуклая часть ложки устанавливалась на медную или деревянную пластину, которая была также тщательно отполирована. Черенок ложки свободно висел над пластиной, а сама ложка свободно вращалась вокруг оси установленного выпуклого основания. На пластине были обозначены страны света в виде циклических знаков Зодиака. Роль магнитной стрелки выполнял черенок ложки. Если черенок привести во вращательное движение, а затем немного подождать, то остановившаяся стрелка (ее роль играет черенок ложки) будет указывать точно на юг. Это был самый первый древний компас, названный сынань — «ведающий югом» и описанный китайским философом Хэнь Фэй-цзы.

Интересная история, не правда ли? Однако если бы можно было рассказать ее вот этим бактериям, которые называются магнитотактические (Magnetotactic bacteria), в ответ раздался бы оглушительный хохот, если бы они конечно умели еще и смеяться. Дело в том что эти бактерии многое умеют, во что правда верится с трудом. Хотя открыты они были сравнительно недавно (в 1975 году, выпускником Массачусетского университета Блейкмором, Blakemore ), появились эти бактерии на нашей планете около двух миллиардов лет тому назад. За это время они многому научились. Например они могут синтезировать цепочки наночастиц магнетита (магнетосомы) размером не более 60 нанометров внутри собственного тела, которые служат им чем-то вроде встроенного компаса и помогает правильно находить север и юг.
Как показано на картинке справа, магнитотактические бактерии в северном и южном полушариях всегда движутся либо либо на север либо на юг. Только в области магнитного экватора они теряют свою ориентацию и начинают двигаться вдоль него.
Существует два механизма образования магнетита бактериями, абревиатуры которых звучат довольно музыкально — BIM и BOM. BIM – зто biologically induced mineralization, а ВОМ - biologically organized mineralization. Магнитотактические бактерии используют второй механизм. При этом состав и форма кристаллов, размер и пространственная организация магнитных наночастиц контролируются жизнедеятельностью самой бактерии. Если поместить эти бактерии в магнитное поле и проследить за направлением их движения, а затем поменять его полярность, то направление движения бактерий тоже изменится.


Магнитотактические бактерии в последнее время находят все большее применение в различных областях науки, в том числе в геоэкологии, минералогии и биомагнетизме, кристаллографии, биохимии и биомедицине, физике и даже астробиологии. Иными словами, эти бактерии могут научиться еще очень многому. Ученые из Университета города Твент в Нидерландах выяснили еще одну способность этих бактерий. Оказалось что они еще умеют и танцевать. Для того чтобы убедиться в этом, посмотрите коротенький фильм вот на этом сайте.



https://www.youtube.com/watch?v=3uUL4ooM6KI

Профессор Дмитрий Муравьев,
Автономный Университет Барселоны.