سینه‌سرخ؛ ردیاب قدرتمند اروپایی/ وقتی فیزیک کوانتوم در چشم پرندگان جا خوش می‌کند

به گزارش خبرنگار گروه علم و فناوری خبرگزاری آنا، یکی از رازهای پرندگان، نحوه جهت‌یابی توسط آنهاست. این مسئله برای دهه‌ها ذهن دانشمندان را به خود مشغول کرده است. مرغان سینه‌سرخ اروپایی به قطب‌نما احتیاجی ندارند، به این دلیل که این پرندگان می‌توانند میدان‌های مغناطیسی را تشخیص دهند و بدین طریق (فرضاً) از جنوب به شمال بروند. برخی دانشمندان تصور می‌کنند که این توانایی ممکن است مبتنی بر فیزیک کوانتوم باشد. این علم در ارتباط با چیزهای بسیار کوچکی است که در سطح اتم و الکترون هستند.

تحقیقات جدید موجب شده است که ایده «قطب‌نمای» کوانتومی حتی بیش از پیش محتمل باشد.

مرغان آوازخوانی همچون پرنده سینه‌سرخ اروپایی هنگام سفرهای سالانه در مسافت‌های طولانی، برای حرکت در مسیر درست باید میدان مغناطیسی زمین را حس کنند. یک پروتئین خاص در چشم پرندگان می‌تواند عامل این مسئله باشد. آن پروتئین CRY۴ نام دارد.

همه چیز ناشی از پروتئین درون چشم پرندگان است

برخی دانشمندان فکر می‌کنند CRY۴ ممکن است مانند یک سوزن قطب‌نما کوچک عمل ‌کند و فیزیک کوانتوم می‌تواند نحوه کار آن را توضیح دهد. اگر این مسئله درست باشد، این تحقیق یک گام بزرگ رو به جلو برای بیوفیزیک‌دانان به شمار می‌آید. این دانشمندان نحوه همکاری فیزیک و زیست‌شناسی را مطالعه می‌کنند. آنها به دنبال درک این هستند که چه وقت فیزیک کوانتوم می‌تواند برای موجودات زنده یک عامل مهم تلقی شود. محققان نتایج تحقیقات خود را در ۲۴ ژوئن در نیچر گزارش دادند.

بیشتر بخوانید:

نصب آنتن ردیابی پرندگان روی ایستگاه فضایی بین‌المللی

تاکنون هیچ کس اندازه‌گیری نکرده است که آیا CRY۴ به میدان‌های مغناطیسی پاسخ بخصوصی می‌دهد یا خیر. بنابراین دانشمندان این پروتئین را در آزمایشگاه مورد مطالعه قرار دادند. آنها نوعی CRY۴ را که در پرنده سینه‌سرخ اروپایی یافت می‌شود، بررسی کردند. محققان دریافتند که این پروتئین واقعاً به میدان‌های مغناطیسی پاسخ می‌دهد که همین مسئله به آن خاصیت قطب‌نمایی می‌دهد.

راشل موهایم(Rachel Muheim)، زیست‌شناس حسی از دانشگاه لوند در سوئد می‌گوید: «این اولین مقاله‌ای است که در واقع نشان می‌دهد کریپتوکروم ۴ یا CRY۴ پرندگان از نظر مغناطیسی حساس است.»

حقیقتی عجیب در رابطه با پروتئین چشم پرندگان وجود دارد

دانشمندان فکر می‌کنند CRY۴ برای اینکه درست عمل کند به نوری آبی نیاز دارد. وقتی طول موج‌های این نور به پروتئین برخورد کند، یک سری واکنش‌هایی را ایجاد می‌کند که در طی آن الکترون‌ها به اطراف منتقل می‌شوند. در نهایت دو الکترون جفت‌نشده در قسمت‌های مختلف پروتئین باقی می‌مانند. این الکترون‌های تنها مانند آهن‌رباهای کوچک رفتار می‌کنند. این رویداد به لطف یک ویژگی کوانتومی الکترون، به چرخش(spin) معروف است.

آهن‌رباهای دو الکترون می‌توانند به موازات یکدیگر یا در جهت مخالف هم باشند. اما الکترون‌ها در هیچ کدام از این دو ترتیب قرار نمی‌گیرند. آنها در یک برزخ کوانتومی عجیب‌وغریب وارد می‌شوند که آن را یک «برهم‌نهی کوانتومی» (quantum superposition) می‌نامند. این حالت، تنها احتمال یافتن الکترون‌ها را در هر دو چیدمان توجیه می‌کند.

در پایان واکنش، پروتئین می‌تواند به حالت دیگری تبدیل شود یا به همان شکل اولیه خود بازگردد. اینکه کدام یک انتخاب شود بستگی به احتمالات الکترون دارد.

بیشتر بخوانید:

تأثیر آب‌وهوا بر پرواز پرندگان

اینجا جایی است که میدان‌های مغناطیسی وارد عمل می‌شوند. هر میدان مغناطیسی احتمالی، حرکت الکترون‌ها را در جهت یکسان عوض می‌کند و این مسئله میزان پروتئین تشکیل‌شده در فرم جدید را نیز تغییر می‌دهد. پرندگان ممکن است این تغییر را حس کنند. به این ترتیب، آنها میدان مغناطیسی زمین را تشخیص دهند.

این ایده که کریپتوکروم‌ها تا حدودی به قطب‌نمای طبیعی پرندگان کمک می‌رسانند از دهه‌های گذشته گمانه‌زنی می‌شده است.

مشاهدات مستقیم تأثیر نور آبی بر کریپتوکروم ۴

هیچ کس هنوز قسمت دیگر این روند را درک نکرده است. پیتر هور(Peter Hore)، شیمی‌دان دانشگاه آکسفورد که یکی از محققان و نویسندگان این تحقیق است می‌گوید: «ما هنوز نمی‌دانیم پرندگان چگونه در این مورد به یک نتیجه می‌رسند.»

این ایده که کریپتوکروم‌ها تا حدودی به قطب‌نمای طبیعی پرندگان کمک می‌رسانند از دهه‌های گذشته گمانه‌زنی می‌شده است. جینگ‌جینگ خو(Jingjing Xu)، پژوهشگر بیوشیمی از دانشگاه اولدنبورگ آلمان می‌گوید: «هیچ کس نمی‌توانست این مسئله را مشخص کند که این اتفاق چطور رخ می‌دهد.» بنابراین در مطالعه جدید، او در کنار هور و همکارانشان نور لیزر آبی را به پروتئین CRY۴ تاباندند و سپس مشاهده کردند که چه اتفاقی افتاده است.

بیشتر بخوانید:

مسیریابی براساس دقیق‌ترین سیستم ناوبری در جهان/ آنها هرگز گم نمی‌شوند

پروتئین مقداری از نور را جذب می‌کند. هنگامی که محققان یک میدان مغناطیسی را روشن کردند، این موضوع موجب شد میزان پروتئینی که جذب می‌شود متفاوت باشد. این خود نشانه دیگری بود دالّ بر این که این میدان مغناطیسی، میزان تولید پروتئین ایجادشده را تغییر داده است.

البته محققان به پروتئین‌های داخل چشم پرندگان نگاه نکردند. در عوض آزمایش خود را روی پروتئین‌ها در مایع درون لوله انجام دادند. این تحقیق، ‌تفسیر یافته‌های جدید را دشوارتر می‌سازد زیرا پروتئین ممکن است در مایع‌های مزبور به طور متفاوتی در قیاس با چشم پرنده رفتار کند. به عنوان مثال دانشمندان فکر می‌کنند پروتئین‌های موجود در چشم ممکن است در یک جهت ردیف شوند. محققان امیدوارند که در آینده مطالعاتی را در مورد چشم واقعی نیز انجام دهند.

انتهای پیام/۴۱۶۰/پ