Fosil magnetik misterius berfungsi sebagai GPS bagi hewan purba

Fosil magnetik kecil yang ditemukan di sedimen berumur 97 juta tahun mungkin telah memungkinkan makhluk purba misterius “membaca” medan magnet bumi seolah-olah itu adalah peta. Para ilmuwan tidak tahu makhluk apa itu.

Terkubur dalam sedimen dasar laut kuno, berusia jutaan tahun, mereka bersembunyi fosil magnetik kecil – pecahan yang ditinggalkan oleh organisme misterius yang belum teridentifikasi.

Dalam bentuk ujung tombakgelendong, proyektil atau jarum, dan tidak lebih besar dari sel bakteri, para ilmuwan yakin bahwa magnetofossil ini berasal dari biologis, tetapi mereka tidak tahu makhluk apa memproduksinya, dan mengapa.

Investigasi yang dipimpin oleh Universitas Cambridge dan Helmholtz-Zentrum Berlin kini telah dilakukan memecahkan sebagian dari teka-teki inimenunjukkan bahwa fosil-fosil ini mungkin ada Berfungsi sebagai sistem GPS hewanmemungkinkan organisme untuk “membaca” medan magnet bumi seolah-olah itu adalah peta.

Seperti yang dijelaskan oleh U.Cambridge dalam penyataanpeneliti memperoleh yang pertama gambar 3D struktur magnetik fosil-fosil ini, mengungkap karakteristik yang dioptimalkan untuk mendeteksi arah dan intensitas medan magnet bumi – sehingga memandu migrasi jarak jauh.

“Makhluk apa pun yang menghasilkan magnetofossil ini, sekarang kita mengetahuinya kemungkinan besar mampu melakukan navigasi yang akurat», katanya Harrison yang kayapeneliti di Departemen Ilmu Bumi Cambridge, yang ikut memimpin penelitian ini.

Dengan magnetofossil yang ditemukan di sedimen dengan 97 juta tahunpenemuan ini memberikan bukti langsung pertama bahwa hewan telah menggunakan medan geomagnetik untuk mengorientasikan dirinya setidaknya selama ini.

Penemuan yang disajikan dalam a artikel baru-baru ini diterbitkan di majalah Komunikasi Bumi & Lingkunganmungkin juga memberikan petunjuk tentang bagaimana hewan mengembangkan kemampuan ini, yang dikenal sebagai “magnetoresepsi”.

Persepsi magnetik

Sepanjang evolusi, kehidupan telah mengembangkan serangkaian indra yang luar biasa, dan magnetoreception pun demikian salah satu yang paling sedikit dipahami. Beberapa jalan, ikan dan serangga menggunakan medan magnet bumi untuk bernavigasi dalam jarak yang sangat jauh, namun cara mereka mendeteksinya masih belum jelas.

Salah satu teorinya mengusulkan agar kristal magnetit kecil yang ada di dalam tubuh sejajar dengan medan magnet bumi, bertindak sebagai jarum. kompas mikroskopis.

Bakteri tertentu, yang ditemukan di danau dan perairan di seluruh dunia, memiliki a bentuk primitif dari magnetoresepsi. Rangkaian partikel magnet kecil di dalamnya memungkinkan mereka menyelaraskan diri dengan medan magnet, membantu mereka berenang hingga kedalaman yang mereka inginkan.

Dengan adil Lebar 50 hingga 100 nanometerpartikel-partikel ini adalah jarum kompas yang sempurna, kata Harrison: «jika kita ingin menciptakan sistem magnet yang paling efisien, semakin kecil semakin baik».

Tapi yang disebut magnetofossil “raksasa”. dipelajari oleh Harrison dan timnya 10 hingga 20 kali lebih besar dari partikel magnetik digunakan oleh bakteri, yang menyebabkan beberapa ilmuwan mempertanyakan kemampuan mereka untuk bernavigasi.

Dalam penelitian sebelumnya, beberapa peneliti berpendapat bahwa magnetofossil raksasa dapat bertindak sebagai pelindung.

Namun, simulasi komputer menunjukkan bahwa hal tersebut juga bisa terjadi sifat magnetik tingkat lanjut – sesuatu yang ingin dieksplorasi Harrison lebih jauh. “Semuanya menunjukkan makhluk ini dikontrol dengan hati-hati bentuk dan struktur fosil-fosil ini, dan kami ingin memahami alasannya», jelasnya.

Harrison bekerja sama dengan erat Sergio Valenciadari Helmholtz-Zentrum Berlin, dalam definisi penelitian.

«Ini benar-benar kolaborasi internasional, yang melibatkan para ahli dari berbagai bidang yang bekerja sama untuk memperjelas kemungkinan fungsi magnetofossil ini», tegas Valencia.

Harrison dan timnya menerapkan teknik baru untuk memvisualisasikan struktur internal fosil, mengungkap bagaimana momen magnet (medan magnet kecil yang dihasilkan oleh rotasi elektron) tersusun di dalam magnetofossil.

Hingga saat ini, para ilmuwan mereka tidak dapat memperoleh gambar Gambar magnetik 3D dari partikel yang lebih besar, seperti magnetofossil raksasa, karena sinar-X tidak dapat menembusnya.

Pekerjaan ini menjadi mungkin berkat teknik baru yang dikembangkan oleh Claire Donnellyrekan penulis penelitian ini, di Max Planck Institute, di Jerman, dan diterapkan di fasilitas sinar-X Diamond, di Oxford.

«Fakta sederhana bahwa kami dapat memetakan struktur magnetik internal dengan tomografi magnetik itu sudah merupakan hasil yang bagusnamun fakta bahwa data ini memberi kita petunjuk tentang navigasi makhluk jutaan tahun yang lalu sungguh menarik!”, komentar Donnelly.

“Sungguh luar biasa melihat metode kami digunakan untuk pertama kalinya untuk mempelajari sampel alami, yang mewakili serangkaian tantangan yang sangat berbeda dibandingkan sampel produksi yang biasa kami gunakan,” tambahnya. Jeffrey Neethirajankandidat doktor di lab Donnelly.

Mengkhususkan diri dalam navigasi

Gambar tersebut mengungkapkan a konfigurasi magnetik yang rumitdengan momen magnetis yang berputar-putar di sekitar garis tengah yang melintasi bagian dalam fosil, membentuk pola pusaran yang sangat mirip dengan tornado.

Magnet pusaran ini menganugerahkan properti ideal untuk navigasijelas Harrison, menghasilkan semacam “osilasi” sebagai respons terhadap variasi kecil dalam intensitas medan magnet, yang diterjemahkan menjadi informasi rinci tentang peta.

«Partikel magnet ini tidak hanya mendeteksi garis lintang, dengan merasakan kemiringan medan magnet bumi, tetapi juga juga mengukur intensitasnyayang dapat bervariasi menurut garis bujur», lanjut Harrison.

Peneliti menambahkan bahwa geometri struktur pusaran ini sangat bagus stabilyang memungkinkannya menahan gangguan lingkungan kecil yang dapat membahayakan navigasi.

«Jika alam telah mengembangkan sistem GPS – sebuah partikel yang dipercaya dapat menempuh jarak ribuan kilometer melintasi lautan – akan menjadi seperti ini.”

Persempit pencarian

Dengan membantu memecahkan teka-teki abadi tentang fungsi fosil-fosil ini, penelitian ini juga membantu memecahkannya mempersempit pencarian pada hewan yang memproduksinya.

“Pertanyaan selanjutnya adalah: apa yang membuat fosil-fosil ini?” tanya Harrison. “Hal ini memberi tahu kita bahwa kita harus mencari hewan migrasi yang cukup umum di lautan untuk meninggalkan banyak catatan fosil.”

Harrison berspekulasi demikian belut bisa menjadi kandidat potensialtelah berevolusi sekitar 100 juta tahun yang lalu dan tetap menjadi hewan yang paling sulit dipahami dan paling sedikit dipahami.

Belut Eropa dan Amerika menempuh jarak ribuan kilometer dari sungai air tawar hingga bertelur di Laut Sargasso. Meskipun mereka dapat merasakan medan magnet bumi, cara mereka melakukannya masih menjadi misteri.

partikel magnetit sudah terdeteksi pada belutnamun belum diamati secara langsung di dalam sel dan jaringannya, sebagian karena ukurannya yang kecil dan fakta bahwa mereka dapat disembunyikan di mana saja di dalam tubuh.

Meskipun inangnya masih belum diketahui, “magnetofossil raksasa menandai langkah penting dalam memahami bagaimana hewan mengubah magnetoresepsi dasar bakteri menjadi sistem navigasi. sangat terspesialisasi, mirip dengan GPS», pungkas Harrison.