A madarak titokzatos "kvantumérzékkel" rendelkeznek, és japán tudósoknak először sikerült működés közben megfigyelni

Egy vándormadár szemével látni a világunkat meglehetősen kísérteties élmény lenne. Van valami a vizuális rendszerükben, ami lehetővé teszi s...

Egy vándormadár szemével látni a világunkat meglehetősen kísérteties élmény lenne. Van valami a vizuális rendszerükben, ami lehetővé teszi számukra, hogy "lássák" bolygónk mágneses terét, ami a kvantumfizika és a biokémia okos trükkje, amely segíti őket a hatalmas távolságok megtétele során az eligazodásban.

A Tokiói Egyetem tudósai most először figyelték meg közvetlenül azt a kulcsfontosságú reakciót, amely feltételezések szerint a madarak és sok más lény azon képessége mögött áll, hogy érzékelni tudják a bolygó pólusainak irányát. (1)

Mindez azt bizonyítja, hogy a kvantumfizika közvetlenül befolyásolja a sejtekben bekövetkező biokémiai reakciókat, amit régóta feltételeztek, de még soha nem látták működés közben.

Egy halvány fényvillanásokra érzékeny, személyre szabott mikroszkóp segítségével a csapat megfigyelte, hogy egy speciális fényérzékeny anyagot tartalmazó emberi sejtkultúra dinamikusan reagál a mágneses mező változásaira.

A kutatók által a laboratóriumban észlelt változás pontosan megegyezik azzal, ami akkor várható, ha furcsa kvantumhatás lenne felelős a fényhatással járó reakcióért.

"Semmit nem módosítottunk és nem adtunk hozzá ezekhez a sejtekhez," - mondta Jonathan Woodward biofizikus.

"Úgy gondoljuk, hogy rendkívül erős bizonyítékaink vannak arra, hogy tisztán kvantummechanikai folyamatot figyeltünk meg, amely hatással van a kémiai aktivitásra sejtszinten."

Vajon hogyan képesek a sejtek, különösen az emberi sejtek, reagálni a mágneses mezőkre?

Noha számos hipotézis létezik, sok kutató úgy gondolja, hogy a képesség egy egyedülálló kvantumreakciónak köszönhető, amely a kriptokróm nevű fotoreceptorokat hozza működésbe.

A kriptokrómok számos faj sejtjeiben megtalálhatók, és részt vesznek a cirkadián ritmusok szabályozásában. A vándorló madarak, kutyák és más fajok esetében ezek összefüggenek a mágneses mezők érzékelésének titokzatos képességével.

Valójában, bár a legtöbben nem látnak mágneses tereket, saját sejtjeink is tartalmaznak kriptokrómokat. És bizonyítékok vannak arra, hogy bár az emberek erre nem tudatosak, mégis tudják érzékelni a Föld mágnesességét.

A bekövetkező reakció működésének megismerése érdekében a kutatók kék fényben fürdettek kriptokrómokat tartalmazó emberi sejteket, amelytől gyengén fluoreszkáltak. Izzásuk közben a csapat különböző frekvenciájú mágneses mezőket mozgatott a sejtek felett.



Megállapították, hogy minden egyes alkalommal, amikor a mágneses mező áthaladt a sejtek felett, fluoreszcenciájuk körülbelül 3,5 százalékkal csökkent - ez elegendő volt a közvetlen reakció megjelenítéséhez.

Azt már tudjuk, hogy a spint a mágneses mezők jelentősen befolyásolják. Ha az elektronokat a megfelelő módon egy atom köré rendezzük és elegendő mennyiséget gyűjtünk egy helyre, akkor a keletkező anyagtömeg mozgásra késztethető csupán egy gyenge mágneses mező segítségével, mint amilyen a bolygónkat körülveszi.

Ez nagyon jó, ha tűt akarunk készíteni a navigációs iránytűhöz. De a galambok koponyájában a mágnesesen érzékeny anyagok nyilvánvaló jele nélkül a fizikusoknak kisebb dologra kellett gondolkodniuk.

1975-ben Klaus Schulten, a Max Planck Intézet kutatója elméletet dolgozott ki arról, hogy a mágneses mezők miként befolyásolhatják a kémiai reakciókat. Ő ezt radikális párnak nevezte el.

Egy mezei gyök egy elektron az atom külső héjában, amely nem társul egy második elektronnal.

Néha ezek az egyedülálló elektronok elfogadhatnak egy kísérőt egy másik atomban, hogy radikális párt alkossanak. A kettő pár nélkül marad, de a közös történetüknek köszönhetően összefonódnak, ami kvantum szempontból azt jelenti, hogy a spinjük kísérteties módon megegyezik, függetlenül attól, hogy milyen távol vannak egymástól.

Mivel ez az összefüggés nem magyarázható a folyamatos fizikai kapcsolatokkal, pusztán kvantumtevékenységről van szó, amit Albert Einstein is "kísérteties távolhatásnak" tartott.

Az élő sejt nyüzsgésében az összefonódásuk mulandó lesz. Ám ezek a röviden összefüggő pörgések is elég hosszúak ahhoz, hogy finom különbséget okozzanak a szülő atomjuk viselkedésében.

Ebben a kísérletben, amikor a mágneses mező áthaladt a sejtek felett, a megfelelő fluoreszcencia süllyedés arra utalt, hogy a radikális párok keletkezését befolyásolták.

A kutatás érdekes következménye az lehet, hogy akár a gyenge mágneses mezők is közvetetten befolyásolhatnak más biológiai folyamatokat. Míg az emberi egészséget befolyásoló mágnesesség bizonyítékai gyengék, a hasonló kísérletek bizonyíthatják, hogy ez további vizsgálati út lehet.

"Ennek a kutatásnak az az örömteli eleme, hogy látjuk, hogy két egyedi elektron spinje közötti kapcsolat nagy hatással lehet a biológiára," - mondta Woodward.

Természetesen nem a madarak az egyetlen állatok, melyek a magnetoszféránk irányára támaszkodnak. A halak, férgek, rovarok, sőt egyes emlősök is képesek rá. Ránk, emberekre akár kognitív módon is hatással lehet a Föld halvány mágneses tere.

Ennek a képességnek az evolúciója számos, különböző fizikán alapuló, nagyon eltérő hatást eredményezhetett.

Annak bizonyítéka, hogy legalább egyikük összeköti a kvantumvilág furcsaságát egy élőlény viselkedésével, elég ahhoz, hogy elgondolkodjunk azon, vajon a biológia mely további részei merülnek fel az alapvető fizika kísérteties mélységéből. (2)

(1) - https://www.pnas.org/content/118/3/e201
(2) - https://www.sciencealert.com/birds-have