В древних океанах обитали организмы, создававшие удивительные магнитные частицы необычайно крупных размеров, которые сегодня обнаруживаются в морских отложениях в виде окаменелостей.
Международным коллективом ученых была успешно составлена карта магнитных участков одного из таких "гигантских магнитоископаемых" с использованием сложной методики на рентгеновском источнике Diamond. Исследование показало, что эти частицы могли давать возможность древним организмам чувствовать даже малейшие изменения направления и силы магнитного поля нашей планеты, позволяя им ориентироваться и находить свой путь в океане.
Этот метод представляет собой мощный инструмент для магнитных исследований, позволяющий установить, имеют ли предполагаемые биологические частицы оксида железа, найденные на Марсе, биогенное происхождение.
Несколько лет назад в морских отложениях были обнаружены загадочные магнетитовые частицы, поражающие своими размерами – они были в 10-20 раз больше "обычных магнитоископаемых", производимых магнитотактическими бактериями для пассивной ориентации в магнитном поле Земли.
Гигантские магнитофоссилии встречаются в разнообразных формах, включая игольчатые, веретенообразные, пулевидные и в виде наконечников копий. До сих пор остается загадкой, какие именно организмы создавали эти гигантские частицы магнетита и с какой целью.
Хотя некоторые гигантские магнитоископаемые по форме напоминают обычные, их необычно большой размер ранее заставлял ученых считать их плохо приспособленными для магнитной ориентации.
Вместо этого преобладала гипотеза, что эти частицы магнетита использовались организмами в основном для защиты от хищников из-за их механической прочности, а их магнитные свойства не играли существенной роли. Однако не все исследователи были согласны с этой точкой зрения.
Серхио Валенсия, немецкий физик, и англичанин Ричард Дж. Харрисон, занимающийся палеомагнетизмом, выдвинули альтернативное предположение. Они считают, что древние организмы могли использовать магнитные свойства этих частиц для навигации, улавливая небольшие изменения интенсивности и направления магнитного поля Земли – своего рода встроенная магнитная система GPS.
Чтобы проверить эту гипотезу, потребовалось создать трехмерную карту магнитной структуры магнитоископаемых, что позволило бы оценить магнитную энергию и силы, действующие на частицы в магнитном поле Земли.
Харрисон и Валенсия изучили частицу, напоминающую наконечник копья, диаметром 1,1 мкм и длиной 2,25 мкм. Ее возраст - около 56 миллионов лет, а обнаружена она была в морских отложениях Северной Атлантики.
Основной задачей было исследование внутренней магнитной структуры этого довольно толстого образца неразрушающим способом, чтобы не повлиять на структуру магнитных доменов. Это было достигнуто на рентгеновском источнике Diamond в Оксфорде с использованием новой методики, разработанной Клэр Доннелли в Институте химической физики твердого тела Общества Макса Планка (MPI CPfS) в Дрездене.
Метод, известный как предкраевая фазовая рентгеновская магнитная круговая дихроизация (XMCD), позволил ученым визуализировать структуру магнитных доменов во всем объеме образца, не разрушая его.
Группе удалось создать трехмерную карту всего объема образца с высоким разрешением.
"С помощью магнитно-векторной томографии все три компонента намагниченности удалось реконструировать и пространственно разрешить по всему объему зерна с разрешением в несколько десятков нм", — отметил Валенсия.
Результаты исследования опубликованы в журнале Communications Earth & Environment .
Изображение: сканирующая электронная микроскопия гигантского магнитоископаемого в форме копья (красная стрелка). Источник: Communications Earth and Environment (2025)