Bilim adamları, bazı kuşların gezinmek için kuantum fiziğini nasıl kullanabileceğini anlamaya bir adım daha yakın olabilir.

Araştırmacılar, bazı ötücü kuşların, Dünya'nın manyetik alanını algılayan ve yıllık göçleri sırasında kuzeyden güneyi anlamalarına yardımcı olan bir 'kuantum pusulası' kullandıklarından şüpheleniyorlar (SN: 4/3/18). Yeni ölçümler, kriptokrom 4 veya CRY4 adı verilen kuşların gözlerindeki bir proteinin manyetik sensör olarak hizmet edebileceği fikrini destekliyor. Bu proteinin manyetik duyarlılığının, atomlar ve elektronlar ölçeğinde fiziksel süreçleri tanımlayan matematiksel kuantum mekaniğine dayandığı düşünülmektedir (SN: 6/27/16). Fikrin doğru olduğu gösterilirse, kuantum ilkelerinin çeşitli biyolojik süreçlerde nasıl ve ne zaman önemli hale gelebileceğini anlamak isteyen biyofizikçiler için ileriye doğru bir adım olacaktır.

Araştırmacılar, 24 Haziran Nature'da, laboratuvar deneylerinde, Avrupa kızılgerdanlarının (Erithacus rubecula) retinalarındaki CRY4 tipinin manyetik alanlara tepki verdiğini bildirdi. Bu, pusula işlevi görmesi için çok önemli bir özellik. İsveç'teki Lund Üniversitesi'nden araştırmaya dahil olmayan biyolog Rachel Muheim, “Bu, kuşların kriptokrom 4'ünün manyetik olarak hassas olduğunu gösteren ilk makale” diyor.

Bilim adamları, mavi ışık proteine ​​çarptığında CRY4'ün manyetik algılama yeteneklerinin başladığını düşünüyor. Bu ışık, bir elektronun etrafında dönen ve proteinin farklı bölümlerinde iki eşleşmemiş elektronla sonuçlanan bir dizi reaksiyonu başlatır. Bu yalnız elektronlar, elektronların spin adı verilen kuantum özelliği sayesinde küçük mıknatıslar gibi davranırlar.

İki elektronun mıknatısları birbirine paralel veya zıt yönlerde olabilir. Ancak kuantum fiziği, elektronların her iki düzenlemeye de yerleşmediğini belirtir. Bunun yerine, kuantum süperpozisyonu adı verilen ve yalnızca elektronları her iki konfigürasyonda bulma olasılığını tanımlayan bir belirsizlik içinde bulunurlar.

Manyetik alanlar bu olasılıkları değiştirir. Bu da proteinin orijinal durumuna geri dönmek yerine değiştirilmiş bir versiyon oluşturma olasılığını etkiler. Kuşlar, bu süreç henüz anlaşılmamış olsa da, değiştirilmiş proteinin ne kadarının üretildiğine bağlı olarak manyetik bir alandaki yönelimlerini belirleyebilirler. “Kuş bunu nasıl algılıyor? Bilmiyoruz, ”diyor yeni çalışmanın yazarlarından Oxford Üniversitesi'nden kimyager Peter Hore.

Almanya'daki Oldenburg Üniversitesi'nden Jingjing Xu, kriptokromların kuşların iç pusulalarında bir rol oynadığı fikri on yıllardır ortalıkta dolaşıyordu, ancak 'hiç kimse bunu deneysel olarak doğrulayamadı' diyor. Böylece yeni çalışmada, Xu, Hore ve meslektaşları, izole edilmiş proteinlere mavi lazer ışığı çarptığında ne olduğunu gözlemlediler. Lazer darbesinden sonra araştırmacılar numunenin ne kadar ışık emdiğini ölçtüler. Robin CRY4 için, bir manyetik alanın eklenmesi, absorbans miktarını değiştirdi; bu, manyetik alanın, proteinin değiştirilmiş formunun ne kadarının üretildiğini etkilediğinin bir işaretiydi.

Araştırmacılar aynı testi göçmen olmayan kanatlılarda ve güvercinlerde bulunan CRY4 üzerinde yaptıklarında, manyetik alanın çok az etkisi oldu. Irvine, California Üniversitesi'nden biyofizikçi Thorsten Ritz, göçmen bir kuşun CRY4'teki manyetik alana daha güçlü tepki vermesinden dolayı 'belki de bunu pusula için kullanan göçmen kuşların kriptokromlarında gerçekten özel bir şey olduğunu düşündürebilir' diyor.

Ancak tavuklar ve güvercinlerle yapılan laboratuvar testleri, bu kuşların manyetik alanları algılayabildiğini gösterdi, Ritz ve Muheim'ın ikisi de bunu bildiriyor. Laboratuvar testlerinde robin CRY4'ün daha yüksek hassasiyetinin, göçmen kuşların daha iyi bir manyetik sensöre sahip olmalarına yönelik evrimsel baskının bir sonucu olup olmadığı açık değildir.

Sonuçların yorumlanmasını zorlaştıran bir faktör, izole proteinler üzerinde yapılan deneylerin kuşların gözündeki koşullara uymamasıdır. Örneğin, Xu, bilim adamlarının proteinlerin retina içinde bir yönde hizalanabileceğini düşündüklerini söylüyor. Süreci daha da aydınlatmak için araştırmacılar, gerçek bir kuşbakışı görünüm elde etmek için gerçek retinalar üzerinde gelecekte çalışmalar yapmayı umuyorlar.

----------------------

https://www.sciencenews.org/article/quantum-mechanics-compass-songbird-physics