پرندگان به لطف قطب نمای کوانتومی و میدان های مغناطیسی می بینند

دریا اوزدمیر -24 ژوئن 2021 -کورینا لنگبریک/ایلیا سولوویوف

آیا تا به حال به این فکر کرده اید که پرندگان چگونه در طول مهاجرت فصلی راه خود را پیدا می کنند؟

آنها می توانند این کار را سال به سال انجام دهند زیرا توانایی تشخیص میدان مغناطیسی زمین را دارند. طبق یک بیانیه مطبوعاتی، با یک مطالعه جدید، دانشمندان یک گام به شناسایی چگونگی انجام این کار توسط پرندگان نزدیک‌تر شده‌اند و چه باور کنید چه نه، این شامل مکانیک کوانتومی است که جادوی خود را در چشمان  آنها انجام می‌دهد.

تیمی از دانشمندان در حال جمع آوری شواهدی بودند که نشان می داد حس مغناطیسی پرندگان مهاجر بر اساس کریپتوکروم-4، پروتئین حساس به نور موجود در چشمان آنها است. کارشناسان حدس می زنند که این پروتئین مانند یک حسگر مغناطیسی عمل می کند و با درگیر شدن در فرآیندهای شیمیایی که مقادیر متغیری از مولکول های جدید را تولید می کند که به جهت میدان مغناطیسی زمین بستگی دارد، پرنده را در جهت خاصی هدایت می کند. پس از این واکنش‌ها، نورون‌های پرنده به مقدار این مولکول‌ها پاسخ می‌دهند تا حیوان را تغییر دهند.

اکنون، دانشمندان توانستند با مشاهده چگونگی واکنش کریپتوکروم-4 به میدان های مغناطیسی هنگام جداسازی در یک لوله آزمایش، گامی به سوی تأیید بردارند، همانطور که در مقاله منتشر شده در مجله Nature نشان داده شده است.

دانشمندان به جای مطالعه پروتئین های گرفته شده از پرندگان واقعی، زیرا چنین مطالعاتی از نظر فنی هنوز امکان پذیر نیست، به کریپتوکروم-4 که ​​خودشان ساخته بودند توجه کردند و واکنش های شیمیایی پروتئین را در یک لوله آزمایشی که صد بار قوی تر از زمین در معرض میدان های مغناطیسی قرار گرفته بود، سازماندهی و نظارت کردند.

هنگامی که آنها تغییرات پروتئین موجود در گونه های مختلف پرندگان را مقایسه کردند، متوجه شدند که کریپتوکروم-4 در رابین های مهاجر اروپایی نسبت به کریپتوکروم-4 در جوجه ها و کبوترهای غیر مهاجر به میدان های مغناطیسی حساس تر است.

پرندگان، نورون ها و مکانیک کوانتومی

علاوه بر این، یافته‌های آن‌ها نشان می‌دهد که کریپتوکروم-4 ممکن است فعالیت نورون را از طریق واکنش‌های شیمیایی خود تحریک کند، بنابراین تیم واکنش‌های شیمیایی کریپتوکروم-4 را در رایانه شبیه‌سازی کردند تا این فرآیند را بهتر درک کنند. با این واکنش‌ها که ساختار و محتوای پروتئین را تغییر می‌دهد و حرکت تک تک الکترون‌ها را در بر می‌گیرد، مکانیک کوانتومی وارد عمل می‌شود.

به گزارش گیزمودو، نور به پروتئینی که از زنجیره ای از مولکول های تا شده در خود تشکیل شده است، در طی این واکنش ها برخورد می کند و تغییر شکل می دهد. این تغییر شکل باعث می شود که الکترون ها در برخی از قسمت های زنجیره از یک حلقه به حلقه دیگر بپرند و در نتیجه یک جفت مولکول ایجاد شود. هر دوی این ترکیبات حاوی تعداد فرد الکترون هایی هستند که با هم جفت می شوند و یکی از آنها جفت نشده باقی می ماند. سپس دو الکترون جفت نشده در هر مولکول خود یک دوتایی را تشکیل می دهند. اسپین های کوانتومی آنها در جهات مختلف است.

سپس اسپین های دو الکترون حدود یک میلیون بار در ثانیه شروع به نوسان می کنند و مدت زمانی که الکترون ها در یک راستا یا   مخالف آن سپری نمی کنند به جهت میدان مغناطیسی بستگی دارد. بنابراین پاسخ عصبی پرنده به جهت میدان مغناطیسی بستگی دارد و ممکن است این مکانیسم به پرندگان اجازه دهد میدان های مغناطیسی را درک کرده و توسط آنها حرکت کنند.

پروفسور هنریک موریتسن از دانشگاه اولدنبورگ آلمان گفت: “ما فکر می کنیم این نتایج بسیار مهم هستند زیرا برای اولین بار نشان می دهند که یک مولکول از دستگاه بینایی یک پرنده مهاجر به میدان های مغناطیسی حساس است.” تیم تحقیقاتی او بخشی از مطالعه را انجام دادند. با این حال، مطالعات را نمی توان برای اثبات قطعی برای پرندگانی که از کریپتوکروم-4 برای حس کردن میدان های مغناطیسی استفاده می کنند، اتخاذ کرد، زیرا آنها این پروتئین را در عمل در یک پرنده زنده مطالعه نکردند. موریتسن افزود: “بنابراین هنوز باید نشان داده شود که این اتفاق در چشم پرندگان رخ می دهد.”