Светочувствительный белок перелётных зарянок лучше реагирует на магнитное поле, чем такой же белок у кур.
Зарянка. (Фото: Corine Bliek / Flickr.com)
Открыть в полном размере
Магнитное поле чувствуют многие живые организмы, от бактерий до птиц, но если у бактерий механизм магнитного чувства более-менее понятен, то насчёт птиц исследователи до сих пор спорят. Здесь есть две главные гипотезы, о которых мы уже как-то рассказывали.
Согласно одной гипотезе, орган магнитного чувства у птиц (и других позвоночных) выглядит так: частицы минерала магнетита движутся при изменении силы и направления магнитного поля и, двигаясь, воздействуют на чувствительные клетки. (Кстати, именно так, по-видимому, выглядит магнитный компас у рыб.)
Согласно другой гипотезе, роль магнитной стрелки играет светочувствительный белок криптохром, синтезирующийся в сетчатке. Под действием света в криптохроме образуются неспаренные электроны. Такие электроны (как и молекулы, у которых они появились) называют радикалами. Они не участвуют в химической связи, и даже если их в молекуле будет два, оба всё равно будут сами по себе — по крайней мере, какое-то время.
Как известно, у электронов есть особая характеристика, которая называется спином и которую часто упрощённо представляют как вращение электрона вокруг своей оси. В радикальной паре электроны могут вращаться как в одну, так и в разные стороны, и магнитное поле как раз способно переключать пару электронов из одного состояния в другое. Спин – квантовомеханический параметр, и магнитное чувство напрямую опирается на квантовые процессы.
Криптохромов в сетчатке есть несколько, но почти все они подчиняются суточным ритмам – то есть в зависимости от времени суток их становится то больше, то меньше. Суточным ритмам не подчиняется только один криптохром, Cry4, но при этом его количество меняется в зависимости от времени года, чего нет у других криптохромов. Можно предположить, что именно Cry4 – тот самый магниточувствительный белок, которого становится много как раз к тому времени, когда птицам нужно мигрировать.
Исследователи из Ольденбургского университета и Оксфордского университета экспериментировали с белками Cry4, которые есть у зарянок, кур и голубей. Зарянки – перелётные птицы, которые мигрирует по ночам, причём тогда, когда ночное небо ещё не совсем тёмное. В криптохроме зарянок под действием света появлялась пара электронов-радикалов, которые были очень чувствительны к магнитному полю. Но что самое главное – в криптохромах кур и голубей, хотя такие электроны тоже появлялись, но к магнитному полю они были намного менее чувствительны. Ни куры, ни голуби не совершают такие огромные путешествия, как зарянки, ориентироваться в пространстве они могут и без магнитного чувства – вероятно, поэтому их криптохром Cry4 не такой чувствительный.
Косвенным образом эти результаты, подробно описанные в статье в Nature, можно считать подтверждением квантовомеханического магнитного чувства у птиц. Однако, как пишет портал The Scientist, некоторые специалисты обратили внимание, что в экспериментах с криптохромами авторы работы использовали очень мощное магнитное поле, намного мощнее земного. Так что ещё предстоит выяснить, будет ли даже очень чувствительный криптохром зарянок реагировать на изменения слабого земного магнитного поля.
С другой стороны, про зарянок известно, что они ориентируются по магнитному полю даже в темноте. С третьей стороны, ориентироваться по магнитному полю могут не только перелётные птицы – например, те же голуби. Наконец, остаётся вопрос, как птицы чувствуют квантовые изменения в белке сетчатки. И чувствуют ли вообще – чтобы убедиться в этом, нужны эксперименты, в которых изменения в белке однозначно соответствовали бы изменениям в поведении.
Так или иначе, говорить со всей однозначностью про «квантовых птиц» пока ещё рано. И даже если механизм квантового магнитного чувства подтвердится, он не обязательно исключает второй механизм, связанный с магнетитовыми частицами – вполне возможно, что птицы могут использовать оба для разных целей.