værd at vide

Får slangen sit varmesyn fra pyroelektriske celler?

Klapperslanger har to varmegruber (pit organs), der er placeret mellem næseborene og øjnene. De består af et ydre og indre hulrum adskilt af en membran, som er forbundet med nervesystemet. Hvordan varme (infrarød stråling) omsættes til elektriske signaler i membranen, er stadig lidt af et mysterium, som forskerne nu måske har fundet en forklaring på. Illustration: Wikipedia

Alle pattedyr har varmesensorer, men hugorme, klapperslanger, pyton- og boaslanger har sammen med ganske få andre dyr evnen til at danne et termisk billede af deres omgivelser. Det gør det muligt for dem at jage deres bytte i totalt mørke. Slangernes varmesyn er ganske imponerende. Klapperslanger kan skelne temperaturforskelle på få tusindedele af en grad, og de kan ‘se’ et dyr på 40 cm afstand, der er blot 10 grader varmere end sine omgivelser. Det sker med to fordybninger, varmegruber, placeret mellem næsebor og øjne, som indeholder en membran, der adskiller et ydre og et indre hulrum. Det er i denne membran, varmen bliver opfanget og giver et signal.

De små fordybninger har været kendt længe, men det var først i 1930’erne, man fandt ud, at de detekterede varme, da man lavede forsøg med klapperslanger, som blev udsat for en varm, men tildækket lyskilde. I 1950’erne blev det med sikkerhed fastslået, at det var den infrarøde stråling, som slangerne reagerede på, men hvordan denne stråling med bølgelængder på 750 nm til 1 mm omdannes til nerveimpulser har siden været et mysterium. Nu har vi to nye bud herpå.

Illustration: Nanna Skytte

Tidligere på året foreslog David Julius og co. fra University of California, San Francisco, i Nature, at det var en proteinkanal kaldet TRPA1, der fungerer som receptor. I princippet kunne man godt forestille sig, at infrarøde receptorer direkte detekterede fotoner, men da varmegruben er forbundet direkte med det somatosensoriske system, der registrerer sanseindtryk som berøring, smerte, temperatur og vibration, er det mere nærliggende at tro, at det er varmereceptorer, der er involveret. Julius-gruppen kom frem til, at det måtte være TRPA1, der fungerer som en meget følsom varmesensor i varmegruben. Hos pattedyr fungerer den som detektor for irritation og betændelse. David Julius er en anerkendt forsker, som i år modtog Kavliprisen i neurovidenskab for sine banebrydende opdagelser af receptorer for tryk og temperatur, så han er bestemt en mand, der er værd at lytte til.

Men en afgørende mekanisme for omdannelse af varme til et elektrisk signal manglede nu alligevel, mente Pradeep Sharma fra Department of Mechanical Engineering ved University of Houston. Et forslag hertil præsenterer han nu i en artikel i tidsskriftet Matter. Visse bevægelsessensorer udnytter den pyroelektriske effekt, hvor en temperaturforskel kan generere en elektrisk polarisation i et materiale og dermed et spændingsforskel til at detektere dyr eller mennesker i et rum. Den pyroelektriske effekt blev opdaget af grækeren Theo­frastos omkring 300 f.v.t., da han så, at mineralet turmalin kunne tiltrække savsmuld, når det blev opvarmet. Effekten blev genopdaget af tyskeren Johann Georg Schmidt i 1707, men det var englænderen David Brewster, der opfandt navnet i 1824. Som en sidebemærkning her i 200-året for opdagelsen af elektromagnetismen kan det nævnes, at han indledte sin artikel med en henvisning til ‘de brillante opdagelser af professor Ørsted omkring de magnetiske effekter af elektricitet’.

Den pyroelektriske effekt kendes dog kun i hårde krystaller, der ikke findes i membranen i slangernes varmegrube. Alligevel mener Pradeep Sharma, at biologiske membraner kan opføre sig som et pyroelektrisk materiale, hvis membranen har et indbygget elektrisk felt. I artiklen præsenterer han sammen med sine medforfattere en fysisk og matematisk model, der kan forklare, hvordan dette kan være tilfældet. I bløde materialer kan en termisk udvidelse af membranen således ændre det elektriske felt. Sharma konkluderer: »En biologisk celle med et indbygget elektrisk spændingsforskel kan fungere som et pyroelektrisk materiale. Sammen med formen af varmegruben og TRPA1-kanalerne kan dette forklare denne helt ekstraordinære evne til at se varme«.

Om det rent faktisk er tilfældet, er dog for tidligt at sige – foreløbig er det kun en teori. Men Sharma erklærer sig dog sikker på, at han med sin teoretiske forståelse nu vil være i stand til at skabe bløde materialer med pyroelektriske egenskaber. Han håber også i bløde materialer at kunne opnå den omvendte elektrokaloriske effekt, hvor et elektrisk felt kan mindske temperaturen og derved virke kølende. Slanger er således ikke kun interessante for zoologer, men også for materialeforskere, kan vi godt tillade os at konkludere.

Emner : Værd at vide
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Artiklen satte nogle tanker igang om hvordan vi egentlig detekterer omgivelserne. Fingerspidserne er jo eminente til både at detektere temperaturforskelle og tryk, ovenikøbet med god opløsning. Hvordan bliver disse påvirkninger til signaler i nerverne?

Er der noget i vejen for at øjets lysfølsomme celler kunne detektere mere langbølget stråling. Visse dyrs øjne kan opfatte mere kortbølget stråling.

Når hjernen kobles på sker der fantastiske ting. Når du undersøger ting med en pind, fornemmer du hvordan tingen for enden af pinden er reelt. Tænk på din fornemmelse af overfladen og kostens børster når du fejer.

  • 3
  • 2
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten