پرندگان می‌توانند با استفاده از فیزیک کوانتوم، مسیریابی کنند

فرادید| سینه سرخ اروپایی گونه‌ای است که سالانه مهاجرت می‌کند. گله‌های آن‌ها با حس ذاتی شمال و جنوب در طول مسیر هدایت می‌شوند. بنظر می‌رسد یک پروتئین در چشم پرندگان می‌تواند در پشت توانایی مسیریابی آن‌ها باشد.

به گزارش فرادید؛ سینه سرخ‌های اروپایی به قطب نما احتیاج ندارند، چرا که آن‌ها می‌توانند میدان‌های مغناطیسی را تشخیص دهند که به آن‌ها کمک می‌کند از جنوب به شمال بگویند. برخی دانشمندان تصور می‌کردند که این ابرقدرت ممکن است مبتنی بر فیزیک کوانتوم باشد. این علم در مورد چیز‌های بسیار کوچک، مانند اتم‌ها و الکترون‌ها است. تحقیقات جدید باعث شده است که ایده "قطب نما" کوانتومی حتی بیشتر محتمل باشد.

پرندگان آوازخوانی مانند سینه سرخ‌های اروپایی هنگام حرکت سالانه در مسافت‌های طولانی، برای پیمایش باید میدان مغناطیسی زمین را حس کنند. یک پروتئین خاص در چشم پرندگان می‌تواند پشت این قضیه باشد. این پروتئین CRY۴ نام دارد که مخفف cryptochrome (KRIP-toh-kroam) ۴ است.

برخی دانشمندان فکر می‌کنند CRY۴ مانند یک سوزن قطب نمای کوچک عمل می‌کند و فیزیک کوانتوم می‌تواند نحوه کار آن را توضیح دهد. اگر نظر درست باشد، این یک گام به جلو برای بیوفیزیکدانان است. این دانشمندان نحوه همکاری فیزیک و زیست شناسی را مطالعه می‌کنند. آن‌ها به دنبال درک این هستند که چه وقت فیزیک کوانتوم می‌تواند برای موجودات زنده مهم شود.

تاکنون، هیچ کس اندازه گیری نکرده است که آیا CRY۴ به میدان مغناطیسی پاسخ می‌دهد یا خیر؛ بنابراین دانشمندان این پروتئین را در آزمایشگاه مورد مطالعه قرار دادند. آن‌ها نوعی CRY۴ را که در چشم سینه سرخ اروپایی (Erithacus rubecula) یافت می‌شود، بررسی کردند. محققان دریافتند که این میدان واقعاً به میدان‌های مغناطیسی پاسخ می‌دهد. چیزی که لازم است تا به عنوان قطب نما عمل کند.

محققان نتایج خود را در ۲۴ ژوئن در مجله Nature منتشر کرده‌اند.

«راشل موهایم» زیست شناس حسی در دانشگاه لوند در سوئد می‌گوید: "این اولین مقاله است که در واقع نشان می‌دهد کریپتوکروم ۴ پرندگان از نظر مغناطیسی حساس است. "


دانشمندان فکر می‌کنند CRY۴ برای فعالیت، به نور آبی رنگ نیاز دارد. هنگامی که نور آن طول موج‌ها به پروتئین برخورد می‌کند، باعث ایجاد مجموعه‌ای از واکنش‌ها می‌شود. این واکنش‌ها الکترون را به اطراف منتقل می‌کنند. در پایان، دو الکترون جفت نشده در قسمت‌های مختلف پروتئین وجود دارد. این الکترون‌های تنها مانند آهن ربا‌های کوچک رفتار می‌کنند. این به لطف یک ویژگی کوانتومی الکترون معروف به چرخش است.

آهن ربا‌های دو الکترون می‌توانند به موازات یکدیگر یا در جهت مخالف باشند. اما الکترون‌ها در هر دو ترتیب قرار نمی‌گیرند. آن‌ها در یک برزخ کوانتومی عجیب و غریب وجود دارند. آن را یک ابرموقعیت کوانتومی (Quanum Superposition) می‌نامند. این تنها احتمال یافتن الکترون‌ها را در هر دو چیدمان توصیف می‌کند.

در پایان واکنش، پروتئین می‌تواند به نسخه دیگری تبدیل شود - یا به همان روش اولیه خود بازگردد. اینکه کدام یک را انتخاب کند بستگی به احتمالات الکترون دارد.

اینجا جایی است که میدان‌های مغناطیسی وارد می‌شوند. یک میدان مغناطیسی احتمال حرکت الکترون‌ها را در همان جهت تغییر می‌دهد که میزان فرم جدید پروتئین تشکیل شده را تغییر می‌دهد. پرندگان ممکن است این تغییر را حس کنند. به این ترتیب، آن‌ها ممکن است میدان مغناطیسی زمین را تشخیص دهند.

اما هیچ کس هنوز آن قسمت از روند را درک نمی‌کند. اینکه پرنده چگونه این موضوع را درک می‌کند؟ پیتر هور، که شیمی دان دانشگاه آکسفورد و همچنین یکی از نویسندگان مطالعه جدید است می‌گوید «ما واقعا نمی‌دانیم»

این ایده که کریپتوکروم‌ها در قطب نمای پرندگان نقش دارند، دهه هاست که وجود دارد. «جینگ جینگ خو» او بیوشیمی‌دان در دانشگاه اولدنبورگ آلمان اذعان دارد که: "هیچ کس نتوانست این را تأیید کند"؛ بنابراین، در مطالعه جدید، او، هور و همکارانشان پروتئین CRY۴ را با نور لیزر آبی رنگ مورد اصابت قرار دادند. سپس مشاهده کردند که چه اتفاقی افتاده است.

پروتئین مقداری از نور را جذب می‌کند. هنگامی که محققان یک میدان مغناطیسی را روشن کردند، میزان تغییر پروتئین در نور تغییر کرد. این یک علامت است که میدان مغناطیسی میزان تغییر یافته پروتئین را تغییر داده است.

محققان پروتئین‌های داخل چشم پرندگان را مشاهده نکردند. در عوض، آن‌ها آزمایشات خود را بر روی پروتئین‌ها در مایع درون لوله انجام دادند. این تفسیر یافته‌های جدید را دشوارتر می‌کند. پروتئین ممکن است در مایع متفاوت از چشم پرنده باشد. به عنوان مثال، دانشمندان فکر می‌کنند پروتئین‌های چشم ممکن است در یک جهت ردیف شوند. در آینده، محققان امیدوارند که مطالعاتی را در مورد چشم واقعی انجام دهند؛ و این به آن‌ها یک چشم پرنده واقعی می‌دهد.

منبع: sciencenewsforstudents.org