Оскільки цей винахід направлено на моніторинг рідин в більшій частині розглядаються як біологічні об'єкти, пропоную звернутися до біо-магнітним парадоксів, які багато в чому допомагають пояснити феномени фантастичних вимірювальних та контрольних процесів ...

... Відомо, що деякі тварини можуть відчувати напрямок магнітного поля Землі. Те, що акули, черепахи, риби, поштові голуби мають внутрішнім компасом, який допомагає їм при орієнтації в просторі, навряд чи комусь здасться сенсацією.
Через величезну кількість популярної літератури та фільмів на цю тему складається відчуття, що в цій області все більш-менш відомо, а те небагато, що поки не цілком ясно, скоро здасться під натиском експериментаторів.

Виявляється, це зовсім не так. Навіть навпаки - дуже багато експериментальних фактів чомусь ніяк не може привести дослідників до відповіді на питання: як тварини відчувають напрям магнітного поля Землі?

Все почалося з непримітних маленьких пташок-зарянок. Десь в п'ятдесяті роки двадцятого століття вчені помітили, що живуть в клітинах зарянки по осені, підкоряючись інстинкту, прагнули полетіти на південь. Найдивніше було те, що в закритому приміщенні вони без будь-яких явних орієнтирів справді намагалися вибратися з клітки саме з південної сторони. Вольфганг Вільчко (Wolfgang Wiltschko), в той час студент інституту Гете, вирішив перевірити, чи не прагнуть чи птиці на південь за допомогою якогось внутрішнього компаса. Він обмотав навколо клітини проводи й пустив по них струм в потрібному напрямку. Вільчко вдалося обдурити зарянок - птахи стали намагатися вилетіти з клітки в іншому напрямку.

Це спостереження, незважаючи на простоту експерименту, майже нікого не переконало - може бути, тому, що було дуже незрозуміло, як до цього явища підступитися з експериментальної точки зору. З іншого боку, може бути, справа в тому, що увага більшості біологів в той час була прикута до інших речей - нещодавно відкритій структурі ДНК, транскрипції, генетичним кодом.

Проте, з часом даних, що підтверджують чутливість деяких тварин до магнітного поля, накопичилося дуже багато. Чутливими виявилися представники чи не всіх видів життя - бактерії, мухи-дрозофіли, акули, скати, форель, черепахи, мігруючі птахи і, перш за все, голуби, дрозди, зарянки. Тварини, мабуть, користуються своїм внутрішнім компасом не так, як люди, - крім направлення на північ, вони відчувають ще й нахил і інтенсивність магнітного поля, які дозволяють їм орієнтуватися набагато краще людини з компасом.

Тут необхідно невелике пояснення про те, що таке нахил поля. Відомо, що Земля являє собою величезний магніт. Ті, хто користувався компасом, звикли, що він весь час показує на північ - що на екваторі, що за полярним колом (якщо ми говоримо про магнітний, а не справжній північ), проте магнітні лінії мають ще й нахил. Якби ми розсипали навколо планети залізну пил, то змогли б побачити, як лінії поля виходять з області південного полюса, проходять паралельно поверхні в районі екватора і входять в північний полюс (спрямованість з півдня на північ в даному випадку просто умовність). На магнітних полюсах лінії поля входять в землю строго перпендикулярно поверхні, у екватора вони паралельні, а в проміжних широтах кут нахилу змінюється. Знаючи нахил магнітного поля відносно горизонту в даній точці, можна, теоретично, розрахувати своє місце розташування. Мабуть такий спосіб геолокації освоїли досконало черепахи.

Новонароджені черепахи, які годуються в певному улюбленому місці на узбережжі Флориди, виявилися здатні його відшукувати, якщо їх відвезти на північ або на південь від цього місця. Те, що вони керуються при цьому нахилом магнітного поля, вчені встановили, створивши штучне поле в басейні з новонародженими черепашками. При більшому нахилі черепашки прагнули на "південну" сторону басейну, при меншому - на "північну".

Подібні експерименти проводили й з акулами. У спеціально обладнаному басейні їх тренували знаходити корм в залежності від напрямку магнітного поля, і акули легко справлялися із завданням. Ще цікавіше був придуманий експеримент зі скатами - їх теж тренували знаходити їжу в басейні, керуючись штучним магнітним полем. Проте цього разу вчені вирішили виключити побічний ефект експерименту. Справа в тому, що включення магнітного поля викликає індукцію поля електричного, і відповідь риб можна було б пояснити реакцією саме на його виникнення. Щоб виключити цей ефект, скатам прикріплювали до тіла маленькі магніти або такі ж за розміром і формою немагнітні (бронзові) капсули. Магнітний вантаж повністю збивав скатів з пантелику, а бронзові капсули ніяк на кмітливість риб не впливали.
Відшукати орган, відчуває магнітне поле у тварин, виявилося дуже непростим завданням. Можливо, справа в тому, що їм може виявитися, наприклад, одна-єдина мікроскопічна клітина в будь-якому місці організму, адже магнітне поле вільно проходить крізь тіло, і органам, чутливим до нього, зовсім не обов'язково перебувати на поверхні. І величезна кількість етологічних (аналізують поведінку) дослідів, на жаль, нічого не сказали дослідникам про те, де його слід шукати.
Розчаровані пошуками, деякі вчені вирішили, що спроби відшукати чутливий орган безрезультатні тому, що він вже давно знайдений. Їм, на їхню думку, насправді є сітківка ока. Дійсно, у перших експериментів Вільчко з зарянка була дивна особливість. Птахи прекрасно знаходили магнітний південь в ізольованому приміщенні і при штучному світлі, але ніяк не в повній темряві. У подальших експериментах виявилося, що й не всякий світло підходить. Червоний, наприклад, був абсолютно аналогічний темряві - тварини переставали орієнтуватися. Блакитне світло, навпаки, дуже добре компенсував відсутність сонячного.
Цим даними було дуже складно придумати якесь розумне пояснення, поки в кінці дев'яностих років біологи, які займалися чутливістю рослин до блакитного світла, не відкрили білки кріптохроми. Ці невеликі, чутливі до блакитного світла поліпептиди несподівано знайшлися у майже всіх тварин - аж до людини. Виявилося, що вони беруть участь в регуляції добових ритмів життя і при цьому розташовуються в сітківці.

Зв'язок кріптохромов з магнітним полем вдалося встановити завдяки експерименту на дрозофілах. Виявилося, що мух, так само як і птахів, можна навчити знаходити солодку воду, орієнтуючись по магнітному полю. Ті ж мухи, які несли мутацію і не могли синтезувати кріптохроми, виявилися абсолютно необучаеми. Найцікавіше полягало в тому, що коли таким мутантним мухами ввели людський ген, схожий по послідовності на кріптохром, трансгенні нащадки знову стали відшукувати солодку воду. Деяким ученим цей результат дав підставу припускати, що і людина може володіти якоюсь неусвідомленою чутливістю до магнітного поля.
Як же може крихітна молекула білка, яка схильна сильним постійним тепловим флуктуацій, "відчувати" напрям магнітного поля? Виявилося, що для фізиків запропонувати теоретичну модель чутливості не так вже й складно. Світлочутливий білок може придбати чутливість до магнітного поля при переході в збуджений стан. Є тільки одна заковика - жоден з учених, навіть самих полум'яних прихильників "кріптохромовой" теорії магніторецепціі, не запропонував жодного механізму, за допомогою якого чутливість білка перетворювалася б у збудження нейронів.

Відсутність будь-якого механізму передачі сигналу від кріптохрома зробило всю теорію вельми сумнівною для багатьох учених. Дослідники кинули сили на те, щоб знайти у тварин-небудь не настільки екзотичне.

У вісімдесяті роки були відкриті бактерії, що містять в клітці маленькі (близько 50 нанометрів) кристали оксиду заліза - магнетиту. Бактерії, правда, використовували їх не зовсім за призначенням - не для того, щоб подорожувати на північ або південь, а щоб знаходити дно у напрямку нахилу силових ліній поля. Де дно, там більше поживних речовин, і, ведені своїми магнітними кристалами, бактерії прямували вниз.

Цей випадок магнетотаксіса у бактерій - напевно, єдиний, з приводу якого у всіх вчених є чітке розуміння механізму чутливості. Тим часом спроби знайти щось подібне у тварин, - особливо у найбільш цікавих з них з точки зору точності орієнтації, у поштових голубів, - до початку двохтисячних не приводили до успіху.
До цього моменту було накопичено вже дуже багато даних з поведінки, але всі вони, через відсутність відповідного кандидата в магніточутливих органи, "висіли в повітрі". Тому, коли в 2004 група вчених виявила шість спеціальних точок у дзьобі у поштових голубів, де містилися кристали магнетиту, які були в точності схожі на ті, що знайдені у бактерій, наукове співтовариство прийняло цю роботу як довгоочікувану знахідку.

Біофізики взялися розраховувати магнітні параметри кристалів на предмет їхньої потенційної чутливості. Фізики стверджували, що, хоча кристали і занадто малі для гарної чутливості, насправді вони повинні володіти особливими "суперпарамагнітної" властивостями. Біологи не відставали - для дослідження міграцій птахів вони обрізали нервові волокна, що іннервують верхню частину дзьоба, і робили висновки на основі порівняння подорожей голубів з підтримкою і без підтримки магнітної біолокації. Теоретики пропонували принципові схеми пристрою рецепторів, які повинні були управлятися внутрішньоклітинними магнітами на кристалах магнетиту. Хоча прихильники кріптохромов і опублікували з 2004 року безліч експериментальних статей, в цілому (особливо для більш консервативних вчених) теорія чутливості на основі кристалів магнетиту виглядала до цього часу більш переконливо.

Всі розсипалося через однієї статті. Група європейських учених з Австрії, Франції, Великобританії та Австралії звернула увагу на те, що хоча наявність кристалів в дзьобі голуба було показано надійно, ніхто раніше не перевіряв самі клітини, де ці кристали знаходилися.
Вчені озброїлися комп'ютерною томографією і склали надзвичайно детальну тривимірну карту голубиного дзьоба. Потім вони зробили мікроскопічні зрізи дзьобів різних голубів в точках, де містилися кристали, і виявили, що ці клітини ніякого відношення до нейронів не мають. Це були макрофаги - клітини-сміттярі, що збирають різні бактерії і дрібні частинки, які потрапляють в тканини. Не дивно, що макрофаги виявилися саме в дзьобі - поблизу від повітряних потоків і джерел пилу.

Крім мікроскопічного аналізу, вчені перевірили тип клітин за допомогою аналізу поверхневих білків. Різні клітини містять на зовнішній поверхні різні білки, на основі складу яких їх можна надійно класифікувати. Проведений аналіз не залишив прихильникам магнеторецепторов дзьоба ніяких надій - магнетит містився тільки в макрофагах.

Виходить, голуби залишили вчених, які їх вивчали, з носом. Ніяких розумних нейробіологічних механізмів магнеторецепціі на основі кріптохромов поки не запропоновано, а від самої розвиненою альтернативної теорії останнє дослідження не залишило каменя на камені. "Тваринний магнетизм" виявився набагато загадковіше, ніж, напевно, могли припускати перші дослідники начебто Вільчко, що ставили досліди на зарянка в шістдесятих роках.

З іншого боку, методологічний арсенал біологів з того часу дивно розширився. Можливо, "закриття" європейських вчених тільки підстьобне інтенсивність нових досліджень. Вже дуже великий потенційний приз. Як казав Торстен Рітц, один з дослідників кріптохромов: "Не всім випадає шанс відкрити новий орган почуттів".
Як йдеться робити висновки ще рано, але можливо найближчим опубліковане винахід на цю тему відкриє ще трохи інформації, яка допоможе створити більш-менш реальну модель всіх внутрішніх механізмів, у тому числі й біологічних, які допоможуть просунути вперед дизайн магніторезонансних контрольних систем