Rudziki europejskie nie potrzebują kompasu. To dlatego, że potrafią wyczuć pola magnetyczne, które pomagają im odróżnić północ od południa. Niektórzy naukowcy sądzili, że ta supermoc może być oparta na fizyce kwantowej. To nauka o bardzo małych rzeczach, takich jak atomy i elektrony. Nowe badania sprawiają, że idea „kompasu” kwantowego wydaje się teraz jeszcze bardziej prawdopodobna.
Ptaki śpiewające, takie jak rudziki europejskie, muszą wyczuwać pole magnetyczne Ziemi, aby nawigować podczas corocznych długich wędrówek. Może za tym kryć się specjalne białko w oczach ptaków. To białko nazywa się CRY4. To skrót od cryptochrome (KRIP-toh-kroam) 4.
Niektórzy naukowcy uważają, że CRY4 działa jak maleńka igła kompasu. Fizyka kwantowa może wyjaśnić, jak to działa. Jeśli to prawda, byłby to krok naprzód dla biofizyków. Ci naukowcy badają współdziałanie fizyki i biologii. Starają się zrozumieć, kiedy fizyka kwantowa może stać się ważna dla żywych stworzeń.
Do tej pory nikt nie zmierzył, czy CRY4 rzeczywiście reaguje na pola magnetyczne. Naukowcy zbadali więc to białko w laboratorium. Przyjrzeli się typowi CRY4 znajdującemu się w oczach rudzików europejskich (Erithacus rubecula). Naukowcy odkryli, że rzeczywiście reaguje ono na pola magnetyczne. To jest potrzebne, aby służyło jako kompas.
„To pierwszy artykuł, który faktycznie pokazuje, że kryptochrom 4 ptaków jest wrażliwy magnetycznie” – mówi Rachel Muheim. Biolog sensoryczny, pracujący na Uniwersytecie w Lund w Szwecji.
Naukowcy uważają, że CRY4 potrzebuje do działania niebieskiego światła. Kiedy światło o tych długościach fali uderza w białko, uruchamia serię reakcji. Te reakcje przemieszczają elektron. W końcu w różnych częściach białka znajdują się dwa niesparowane elektrony. Te samotne elektrony zachowują się jak małe magnesy. Dzieje się tak dzięki kwantowej właściwości elektronów znanej jako spin.
Magnesy dwóch elektronów mogą być skierowane równolegle do siebie lub w przeciwnych kierunkach. Ale elektrony nie osadzają się w żadnym układzie. Istnieją w dziwnej kwantowej otchłani. Nazywa się to superpozycją kwantową. Opisuje tylko prawdopodobieństwo znalezienia elektronów w obu układach.
Pod koniec reakcji białko może przekształcić się w inną wersję — lub wrócić do stanu, w jakim zaczęło. Co się stanie, zależy od tych prawdopodobieństw elektronowych.
I tutaj wkraczają pola magnetyczne. Pole magnetyczne zmienia prawdopodobieństwo skierowania elektronów w tym samym kierunku. To zmienia ilość powstającej nowej formy białka. Ptaki mogą wyczuć tę zmianę. W ten sposób mogą wykryć pole magnetyczne Ziemi.
Ale nikt jeszcze nie rozumie tej części procesu. „Jak ptak to postrzega? Nie wiemy” — przyznaje Peter Hore. Jest chemikiem na Uniwersytecie Oksfordzkim. Jest także współautorem nowego badania.
Pomysł, że kryptochromy odgrywają pewną rolę w ptasich kompasach, istnieje od dziesięcioleci. Ale „nikt nie mógł tego potwierdzić” w testach, zauważa Jingjing Xu. Jest biochemikiem. Pracuje na Uniwersytecie w Oldenburgu w Niemczech. Tak więc w nowym badaniu ona, Hore i ich koledzy uderzyli w białko CRY4 światłem z niebieskiego lasera. Potem obserwowali, co się stało.
Białko pochłonęło część światła. Kiedy naukowcy włączyli pole magnetyczne, zmieniło to ilość światła zaabsorbowanego przez białko. To jeden znak, że pole magnetyczne zmieniło ilość wytworzonej zmienionej formy białka.
Naukowcy nie przyjrzeli się białkom w ptasich oczach. Zamiast tego przeprowadzili testy na białkach w płynie wewnątrz probówki. To sprawia, że nowe odkrycia są trudniejsze do interpretacji. Białko może reagować inaczej w płynie niż w oku ptaka. Na przykład naukowcy uważają, że białka w oczach mogą być ustawione w jednym kierunku. W przyszłości naukowcy mają nadzieję przeprowadzić badania na rzeczywistych oczach. A to dałoby im dosłowny widok z lotu ptaka.
