Квантовые птицы: проливая свет на механизм магнитного чувства у птиц

Многие животные, включая перелётных птиц, способны чувствовать магнитное поле Земли. Международная группа учёных из Университетов Ольденбурга (Германия) и Оксфорда (Великобритания) представила в журнале Nature доказательства, что белок криптохром 4 в сетчатке глаз птиц чувствителен к магнитным полям и может быть долгожданным магнитным сенсором.

Ключевые эксперименты

• Исследователи впервые выделили генетический код криптохрома 4 у перелётных европейских малиновок и произвели этот фотоактивный белок в больших количествах с помощью бактериальных культур.
• Используя методы магнитного резонанса и оптической спектроскопии, учёные продемонстрировали выраженную чувствительность этого белка к магнитным полям.

Квантовый механизм чувствительности

• Чувствительность возникает благодаря движению электронов, активируемых синим светом. Квантово-механические расчёты показали, что ключевую роль играют четыре триптофана из 527 аминокислот в составе белка.
• Электроны "перескакивают" с одного триптофана на другой, создавая магниточувствительные радикальные пары.
• Эксперименты с модифицированными версиями белка (где триптофаны были заменены) подтвердили, что движение электронов и образование радикальных пар действительно лежат в основе наблюдаемых магнитных эффектов.

Сравнение с немигрирующими птицами

• Криптохром 4, выделенный из кур и голубей (немигрирующих птиц), показал сходную фотохимию, но значительно меньшую магнитную чувствительность по сравнению с белком малиновки.

Важные оговорки и дальнейшие шаги

• Пока исследования проводились на изолированных белках в лаборатории с использованием полей сильнее земного. Окончательным доказательством станет демонстрация работы этого механизма непосредственно в глазах птиц, что технически пока невозможно.
• Учёные полагают, что в естественной среде сетчатки чувствительность может быть выше из-за фиксации и ориентации белков, а также их взаимодействия с другими, пока неизвестными, белками-партнёрами, которые могут усиливать сигнал.

Как отмечает профессор Питер Хор, если гипотеза подтвердится, это продемонстрирует фундаментальный квантовый механизм, позволяющий животным ощущать внешние стимулы, в миллион раз более слабые, чем считалось возможным ранее.