Европейская малиновка и другие птицы знают, куда мигрировать, чувствуя направление магнитного поля Земли. Исследователи недавно приписали эту способность химической реакции, которая происходит внутри глаза и успех которой зависит от направления поля. Тем не менее, исследователи из Оксфордского университета сообщили 3 октября в журнале Biophysical Journal, что нынешняя форма этого «механизма радикальных пар» недостаточно чувствительна, чтобы объяснить нарушение птичьего магнитного компаса некоторыми радиочастотными магнитными полями, что поднимает новые вопросы об этом популярном примере. квантовой биологии.
В большинстве условий реакции с большинством молекул магнитное поле Земли слишком слабое - примерно в 200 раз слабее магнита холодильника - чтобы оказывать какое-либо влияние на количество производимых продуктов. Но при особых условиях реакции всплеск энергии, возможно, от источника света, создает два короткоживущих радикала - соединения с одним неспаренным электроном в каждом. Эти высокоэнергетические промежуточные продукты и, следовательно, результат реакции весьма чувствительны даже к слабым магнитным полям. Считается, что в глазах птиц подходящие радикалы образуются в криптохроме, светопоглощающем белке, который производит еще не идентифицированную сигнальную молекулу в количестве, определяемом направлением поля, что приводит к птичьему магнитному компасу.
Радикально-парный механизм магниторецепции все еще является лишь гипотезой, и, возможно, лучшим доказательством, которое у нас есть на данный момент, является влияние зависящих от времени радиочастотных магнитных полей на способность перелетных птиц определять направление. магнитного поля Земли», - говорит старший автор Питер Хор, химик-биофизик из Оксфорда, специализирующийся на влиянии магнитного поля на химические реакции.
Экспериментальные исследования нарушения магнитного компаса птиц в основном использовали два разных вида частот поля. Один подход включает в себя поле, колеблющееся на одной частоте, тогда как другой использует широкополосный шум, распространяющийся по диапазону частот. На сегодняшний день экспериментальные данные не позволяют прийти к единому мнению о том, какие установки на самом деле сбивают с толку птичью навигацию и в какой степени.
Столкнувшись с противоречивым объемом экспериментальных работ, исследователи применили вычислительный подход к проблеме и разработали новый метод для имитации эффектов широкополосного радиошума на маршрутах птиц. Они применили этот метод и аналогичные ранее существовавшие методы для одночастотного излучения к трем вероятным радикальным парам, которые могут образовываться внутри криптохрома и реагировать на изменения магнитной напряженности.
Хотя моделирование показало, что одинаковые радиочастотные условия обуславливают разные модели спиновой чувствительности для различных предложенных радикальных пар, исследователи определили, что текущих экспериментальных данных недостаточно для идентификации одной ответственной радикальной пары из числа вариантов.«Даже при щедрых предположениях о свойствах радикалов мы предсказываем крошечные эффекты этих радиочастотных полей, и главный вывод, к которому мы приходим, заключается в том, что нынешнее понимание модели радикальных пар не может объяснить ни один из сообщаемых поведенческих результатов., - говорит Хор.
Эта неспособность объяснить экспериментальные характеристики птичьего магнитного компаса поднимает целый ряд вопросов. К ним относятся общая достоверность механизма радикальных пар, могли ли птицы эволюционировать, чтобы обнаруживать мельчайшие магнитные изменения и, таким образом, стать восприимчивыми к антропогенным радиопомехам в качестве побочного эффекта, или даже могут ли приложенные электромагнитные поля быть воздействуя на другое поведение, например на мотивацию, в целом.
«Возможно, мы просто лаем не на то дерево, и существует совершенно другой механизм», - говорит Хор. «Я предпочитаю думать, что есть какой-то аспект механизма, который мы полностью упускаем из виду, который усиливает влияние зависящих от времени магнитных полей на пары радикалов и делает их более чувствительными к изменениям, чем предсказывает наше моделирование."
Чтобы помочь разобраться в работе компаса раз и навсегда, исследователи предлагают ряд экспериментальных условий, вдохновленных случаями, которые они проанализировали с помощью своих вычислительных методов. В частности, они идентифицируют полосы радиочастотного шума, еще не изученные в поведенческих экспериментах, и предсказывают, что они будут существенно влиять на определенные биологически вероятные радикалы.
"Эти эксперименты, вероятно, будут довольно сложными из-за задействованных высокочастотных полей, но их результаты должны, наконец, сказать нам, является ли это механизмом пары радикалов или нет, и если да, то что это за радикалы, " Хор говорит.