[論文レビュー] Does avian magnetoreception rely on both magnetite and maghemite?

Michael Winklhofer, Joseph L. Kirschvink|ArXiv.org|May 15, 2008

Iron Metabolism and Disorders参考文献 3被引用数 8

ひとこと要約

本稿は、ハトにおける鳥類の磁気受容が、磁鉄鉱とmaghemiteの両方を必要とするという主張に反論する。XANESデータはmaghemiteを一意に同定できないと主張し、電子線遮断性のプレート状構造は単結晶maghemiteではなく、非晶質フェリハイドライトであるとされる。主な結論は、磁鉄鉱が粒子サイズに依存する磁気ドメイン状態を示すことによって、二種類の異なる鉄酸化物を必要とせずに、提案された磁気受容メカニズムを説明可能であるということである。

ABSTRACT

Recently, a putative magnetoreceptor in the upper-beak skin of homing pigeons was chemically characterized using X-ray flourescence and absorbtion studies [Fleissner et al., 2007. A novel concept of Fe-mineral based magnetoreception: histological and physiochemical data from the upper beak of homing pigeons. Naturwissenschaften 94 (8), 631-642]. In this short communication we point out that the novel concept propagated is based on conclusions that are not supported by data and, in fact, stand in contradiction to previously published crystallographic and magnetic data.

研究の動機と目的

• 鳥類の磁気受容に磁鉄鉱とmaghemiteの両方が必要であるという主張を批判的に評価すること。
• Fleissnerら（2007a）のXANESデータが、樹状突起内の主要鉄酸化物としてmaghemiteを明確に同定できるかどうかを検討すること。
• ハトの上あごに存在するμmサイズの電子線遮断性プレート状構造の結晶性に関する証拠を検討すること。
• 生物学的磁気受容体モデルにおける磁鉄鉱とmaghemiteの磁気的性質および機能的役割を再評価すること。
• 提案された鉄酸化物ベースの磁気受容メカニズムが、二種類の異なる鉄酸化物の存在に依存するのか、それとも粒子サイズとドメイン状態にのみ依存するのかを特定すること。

提案手法

• O’Day ら（2004）の参照データを用いて、Fleissner ら（2007a）のXANESスペクトルを解析し、複数の三価鉄酸化物とのスペクトルフィットを比較する。
• Fleissner ら（2007a）が使用したXANESエネルギー範囲（7116–7125 eV）を全スペクトルデータと比較し、maghemite同定の特異性を評価する。
• 元の研究において選択領域の回折パターン（SAED）が得られていないことの重要性を評価し、結晶性の主張に対する反証とする。
• マイクロ磁気シミュレーションを実施し、磁鉄鉱とmaghemiteプレートの磁化率および外部磁場増幅特性を比較する。
• 磁気異方性（K₁）およびコercivityに関する文献をレビューし、磁鉄鉱とmaghemiteの磁気的硬さの差を評価する。
• 粒子サイズおよびドメイン状態（超パラ磁性対多ドメイン）が、地球磁場の検出にどのように寄与するかを再考する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 7116–7125 eVのXANESデータは、フェリハイドライトやゲオライトなどの他の三価鉄酸化物と比較して、maghemiteを一意に同定できるか？
• RQ2 ハトの上あごに存在するμmサイズの電子線遮断性プレートが単結晶maghemiteであると結論づけるのに十分な証拠があるか？
• RQ3 磁鉄鉱とmaghemiteは、磁気異方性やコercivityにおいて顕著に異なるか。その差は磁気受容において機能的に重要か？
• RQ4 提案された磁気受容メカニズムは、二種類の異なる鉄酸化物の存在を必要とせず、粒子サイズとドメイン状態の二様性（超パラ磁性および多ドメイン）のみで説明可能か？
• RQ5 磁鉄鉱とmaghemiteの報告された磁気的性質（Ms、K₁）が、微弱な地球磁場を増幅する上で果たす機能的意義は何か？

主な発見

• 7116–7125 eVのXANESスペクトルはmaghemiteに特異的ではなく、フェリハイドライト、ゲオライト、リピドクロサイト、および三価鉄リン酸塩とも同等にフィットする。
• XANESデータは、樹状突起内の主要な三価鉄酸化物相を明確に同定できない。したがって、maghemiteが優勢であるという仮定は支持されない。
• 元の研究で選択領域回折パターン（SAED）が得られていないことは、プレートが単結晶maghemiteであるという主張を裏付けるものではなく、むしろ非晶質フェリハイドライトと整合的である。
• マイクロ磁気モデリングにより、磁鉄鉱プレートは、maghemiteが磁気異方性定数（K₁）を磁鉄鉱の1/3にしても、より高い磁化率を示すことが判明した。
• 磁鉄鉱とmaghemiteの磁気的性質は、主張されたほどは異ならない。両者とも負の異方性を示す立方晶材料（K₁ < 0）であり、maghemiteは磁鉄鉱ほどは硬くない。
• 提案された磁気受容メカニズムは、粒子サイズとドメイン状態の二様性（超パラ磁性および多ドメイン）によって説明可能であり、二種類の異なる鉄酸化物の存在を必要としない。