Магнітореце́пція (вживання терміна відоме з 1972 року , , або , від — «відчуття», «сприйняття») — це чуття, яке дає організмові змогу відчувати магнітне поле, що дозволяє визначати напрямок руху, висоту, або розташування на місцевості. Це відчуття розглядається як пояснення феномену біонавігації в безхребетних та комах, а також як засіб розвитку в тварин орієнтування в регіональних екосистемах. При застосуванні магніторецепції як засобу й способу навігації, організм має справу із виявленням магнітного поля Землі та його напрямку.
Магніторецепцію спостерігали у бактерій, у таких безхребетних як плодові мухи, лобстери та медоносні бджоли. Це відчуття також присутнє і у деяких хребетних, зокрема — птахів, черепах, акул та деяких скатів. Твердження про присутність магніторецепції у людини є контроверсійним, і досі не було підтверджене науково.
Вчений К.Шультен, вивчаючи реакцій переносу електронів у фотосинтезі (швидкими триплетами, збудженими станами молекул з парою електронів з паралельними спінами) , показав, що магнітні поля можуть впливати на біологічно відповідні реакції (в т.ч. навігацію птахів у магнітному полі Землі).
Запропоновані пояснення феномену Недвозначна демонстрація використання живими організмами магнітних полів для орієнтації у просторі, проявилася у певного класу бактерій, відомого як магнетотактичні бактерії. Ці мікроорганізми демонструють біхевіоральний феномен, відомий під терміном магнетотаксис, який полягає у тому, що бактерія орієнтується та коригує напрямок свого руху вздовж ліній магнітного поля Землі. Такі бактерії мають магнетосоми — частинки магнетиту або сульфіду заліза, розташовані всередині бактеріальних клітин. Кожна окрема бактеріальна клітина працює, фактично, як магнітний дипо́ль. Вони поєднуються у ланцюжки, в яких дипольний момент кожної магнетосоми вирівнюється паралельно до всіх інших, тим самим надаючи такій бактерії перманентних магнітних характеристик. Ці ланцюжки формуються симетрично, що дозволяє зберегти кристалічну структуру клітин. Вважається, що такі бактерії мають перманентну магнітну чутливість.
Механізм дії магніторецепції у тварин залишається нез'ясованим, проте існують дві головні гіпотези, здатні пояснити це явище. За однією з моделей, якщо піддавати криптохроми освітленню синього спектра, вони активізуються та формують пару із двох радикалів (молекул із єдиним неспареним електроном), при чому спіни таких двох непарних електронів корелюють між собою. Навколишнє магнітне поле здійснює вплив на прояв цієї кореляції (паралельна або анти-паралельна), а це, у свою чергу, впливає на тривалість часу, протягом якого криптохроми залишаються у своєму активованому стані. Активація криптохромів може спричинити зміну світлочутливості нейронів сітківки, а як результат — птах може «побачити» магнітне поле. Магнітне поле Землі становить лише 0.5 гауса, а тому дуже важко збагнути, у який спосіб воно може спричинити будь-які хімічні зміни, окрім тих, при яких воно здійснює вплив на слабкі магнітні поля між парами радикалів. Саме тому криптохроми вважаються визначальними для світлозалежної здатності плодової мухи Drosophila melanogaster відчувати магнітні поля.
Інша запропонована модель механізму магніторецепції базується навколо Fe3O4, відомого також як оксид заліза (II, III), або магнетит, і який є природним оксидом із сильним магнетизмом. Оксид заліза (II, III) залишається постійно намагніченим, якщо його довжина є більшою за 50 нм, а намагнічується він тоді, коли перебуває під дією магнітного поля при довжині, меншій ніж 50 нм. В обидвох цих ситуаціях магнітне поле Землі, в результаті фізичного впливу на цей чутливий до магнітних коливань оксид, спричинює утворення сигналів, які можуть бути сприйняті організмом.
Іншим, менш поширеним типом механізму чуття магнітних полів у тварин, який був детально описаний, є індуктивні методи чуття, які використовуються акулами, скатами та химероподібними (хрящові риби). Ці види мають унікальні електрорецепторні органи чуття, відомі як ампули Лоренціні, за допомогою яких можна виявляти найслабші варіації електричного потенціалу. Ці органи утворені із заповнених слизом каналів, що ведуть із пор у шкірі до невеличких мішечків у плоті тварини, які теж заповнені слизом. Ампули Лоренціні здатні виявляти потоки постійного струму, а тому було висловлено припущення, що ці органи чуття тварини використовують для розпізнавання слабких електричних полів здобичі та хижаків. Існує також ймовірність, що ці органи здатні відчувати й магнітні поля, за законом Фарадея: якщо електропровідник рухається крізь магнітне поле — генерується електростатичний потенціал. У цьому випадку провідником є тварина, яка рухається крізь магнітне поле, а потенціал, який утворюється, залежить від часових варіацій швидкості електричного потоку, що проходить крізь провідник, відповідно до формули . Ці органи здатні виявити дуже незначні коливання у різниці потенціалів між порами та основою електрорецепторного мішечка. Підвищення потенціалу провокує послаблення нервової активності, а зниження потенціалу, відповідно, спричиняє підсилення нервової активності. Такий стан речей — аналогічний явищам, що відбуваються у електропровіднику, по якому проходить струм: при сталому електричному опорі каналу, підвищення потенціалу спричинить зниження виявленого струму, і навпаки. Згадані рецептори розташовані вздовж рота й носа акул та скатів.
У безхребетних
Молюск Tochuina tetraquetra (раніше відомий як Tritonia diomedea або Tritonia gigantea) був об'єктом досліджень, які проводилися з метою виявити якісь ознаки, що змогли б пояснити нервово-клітинний механізм, який є основою магніторецепції в організмах цього виду. Деякі із найбільш ранніх праць із особинами виду Tochuina продемонстрували, що перед настанням повного місяця, особини Tochuina спонтанно скеровували свої тіла в напрямку геомагнітного північного сходу. З дослідницькою метою було створено лабіринт у формі літери Y, із магнітним полем, в якому правий напрямок відповідав геомагнітному півдню, а лівий — геомагнітному сходу. В межах цього магнітного поля 80 % особин Tochuina, які перебували в лабіринті, на розвилці повертали вліво, тобто в напрямку геомагнітного сходу. Однак після реверсії магнітного поля, при якій магнітна північ опинилася на 180° від початкової точки, молюски не віддавали помітної переваги жодному із доступних напрямків, які зараз відповідали магнітній півночі (правий) та магнітному сходу (лівий). Хоча ці результати й були досить цікавими, однак вони не остаточно підтверджують те, що молюски виду Tochuina використовують магнітні поля через магніторецепцію. Під час проведення даних експериментів не було забезпечено контролю над активацією котушки Рубенса при застосуванні реверсу магнітного поля. Тому існує ймовірність, що тепло або шум, які генерувалися котушкою, були відповідальними за те, що молюски не вибрали якогось конкретного напрямку, який за інших умов був би для них пріоритетним. Подальша робота із особинами Tochuina не спромоглася ідентифікувати будь-які нейрони, які б проявили швидкі зміни у своїй роботі як результат впливу магнітних полів на них. Однак, нейрони у ніжці (Pd5) — два бісиметричні нейрони, що містяться у межах ганглія у молюска Tochuina, продемонстрували поступову зміну частоти активацій цих нейронів з часом, яка починає проявлятися через 30 хвилин магнітної стимуляції під дією котушки Рубенса. Подальші дослідження виявили, що нейрони, які містяться у ганглії ніжки молюска Pd7, проявили ознаки стримування, яке стало наслідком 30-хвилинного впливу на них магнітного поля, утвореного котушкою Рубенса. На даний час (станом на 2014 рік) функція нейронів Pd5 та Pd7 залишається нез'ясованою.
Дрозофіла чорночерева є ще одним представником безхребетних, який може мати здатність до орієнтування за допомогою магнітних полів. Експериментальні методи досліджень, такі як видалення окремих генів, дозволили краще дослідити ймовірність магніторецепції у цих плодових мух. Різноманітні штами дрозофіл були привчені реагувати на магнітні поля. Під час проведення преферентивного тесту комах поміщали у спеціальну конструкцію із двома рукавами, обмотаними електричним дротом. Струм проходив по кожній із цих «котушок», але лише одна з них була налаштована так, аби створювати магнітне поле силою у 5 гаусів. Мухи, що перебували в цій конструкції (у формі літери Т), були протестовані на наявність у них вродженої здатності розпізнавати присутність магнітного поля у одному із рукавів, а також на те, як вони реагували на тренування, спрямоване навчити їх розпізнавати магнітні поля, яке, в разі успішного виконання завдання, завершувалося нагородою у формі сахарози. Чимало таких штамів мух проявили чутливість до магнітного поля після проведення тренувань. Однак після видалення єдиного криптохрома із гена Cry1 шляхом міссенс-мутації, або заміни гена Cry, мухи втрачають чутливість до магнітних полів. Більше того, якщо вхідне освітлення фільтрують, пропускаючи лише ті світлові хвилі, довжина яких є більшою ніж 420 нм, Drosophila теж втрачає свою здатність розпізнавати магнітні поля. Така реакція на фільтрацію освітлення, ймовірно, пов'язана зі світловим робочим спектром криптохрома мухи, діапазон якого становить від 350 нм до 400 нм, а плато — від 430—450 нм. Хоча дослідники раніше й вважали, що трійця триптофанів у криптохромі є відповідальною за наявність вільних радикалів, на які магнітні поля можуть мати вплив, однак останні експерименти із дрозофілами виявили, що триптофан може й не мати жодного стосунку до магніторецепції, пов'язаної з криптохромами. Зміна або заміна триптофанового протеїну в результаті не спричиняє втрати магніточутливості в мух, які мають криптохром типу Cry1, або ж криптохром, який можна знайти і в хребетних — Cry2. Таким чином, досі залишається нез'ясованим, яким чином криптохроми уможливлюють магніторецепцію. В цих експериментах було використане магнітне поле потужністю у 5 гаусів — у 10 разів потужніше, аніж магнітне поле Землі. Дрозофіли не проявили здатності реагувати на значно слабше земне магнітне поле.
У свійських голубів Свійські голуби із розвиненим інстинктом дому здавна були відомі своєю здатністю використовувати магнітні поля, як частину своєї складної навігаційної системи. Дослідницькі праці Вільяма Кітона продемонстрували, що свійські голуби, якщо штучно і раптово змінити їх звичний розпорядок дня (змістити у часі), — проявляють нездатність вірно орієнтуватися у просторі при сонячній погоді та безхмарному небі. Причиною такого стану речей вважався той факт, що голуби, які зазвичай орієнтуються за сонцем, протягом дня поступово коригують свою просторову орієнтацію разом зі зміною положення сонця на небі; тоді як після примусового відтермінування їх ранкового вильоту надвір, голуби виявилися нездатними виконати таку корекцію правильно. Натомість, якщо голубів випускали назовні із значним запізненням, але при похмурій, хмарній погоді, їхня навігація працювала безпомилково. Це привело до виникнення гіпотези, згідно з якою, за наявності певних умов, просторове орієнтування у свійських голубів «перемикається» на сприйняття магнітних полів. Подальші експерименти з магнітами, прикріпленими до спин цих голубів, продемонстрували, що порушення спроможності птахів відчувати магнітне поле Землі призводить до втрати здатності до навігації при похмурих погодних умовах. У роботі явища магніторецепції у свійських голубів задіяні два механізми: механізм на основі пари вільних радикалів, що проявляється через бачення птаха («видиме магнітне поле»), та механізм компаса магнітного напряму або нахилу, на основі магнетитів. Новіші тести у цій галузі показали, що голуби здатні виявляти магнітні аномалії силою до 186 мікротесл (1.86 гаусів).