บาคาร่าเว็บตรง’เข็มทิศควอนตัม’ ที่เสนอสำหรับขับขานมีความน่าเชื่อถือมากขึ้น

นักวิทยาศาสตร์อาจเข้าใกล้ความเข้าใจมากขึ้นว่านกบางตัวอาจบาคาร่าเว็บตรงใช้ประโยชน์จากฟิสิกส์ควอนตัมเพื่อนำทางได้อย่างไรนักวิจัยสงสัยว่านกขับขานบางตัวใช้ “เข็มทิศควอนตัม” ที่ตรวจจับสนามแม่เหล็กของโลก ซึ่งช่วยให้พวกมันบอกทิศเหนือจากทิศใต้ในระหว่างการอพยพประจำปี ( SN: 4/3/18 ) การวัดใหม่สนับสนุนแนวคิดที่ว่าโปรตีนในดวงตาของนกที่เรียกว่า cryptochrome 4 หรือ CRY4 สามารถทำหน้าที่เป็นเซ็นเซอร์แม่เหล็กได้ คิดว่าความไวแม่เหล็กของโปรตีนนั้นขึ้นอยู่กับกลศาสตร์ควอนตัมคณิตศาสตร์

ที่อธิบายกระบวนการทางกายภาพในระดับอะตอมและอิเล็กตรอน

 ( SN: 6/27/16 ) หากความคิดนั้นถูกต้อง มันจะเป็นก้าวต่อไปสำหรับนักชีวฟิสิกส์ที่ต้องการทำความเข้าใจว่าหลักการควอนตัมจะมีความสำคัญในกระบวนการทางชีววิทยาต่างๆ ได้อย่างไรและเมื่อใด

ในการทดลองในห้องปฏิบัติการ ชนิดของ CRY4 ในเรตินาของโรบินส์ยุโรป ( Erithacus rubecula ) ตอบสนองต่อสนามแม่เหล็ก นักวิจัยรายงานในวันที่ 24 มิถุนายนธรรมชาติ นั่นเป็นคุณสมบัติที่สำคัญสำหรับใช้เป็นเข็มทิศ “นี่เป็นรายงานฉบับแรกที่แสดงให้เห็นว่า cryptochrome 4 ของนกมีความไวต่อสนามแม่เหล็ก” Rachel Muheim นักชีววิทยาทางประสาทสัมผัสแห่งมหาวิทยาลัย Lund ในสวีเดนซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการวิจัยกล่าว

นักวิทยาศาสตร์คิดว่าความสามารถในการตรวจจับแม่เหล็กของ CRY4 นั้นเกิดขึ้นเมื่อแสงสีฟ้ากระทบกับโปรตีน แสงนั้นทำให้เกิดปฏิกิริยาต่อเนื่องที่กระจัดกระจายไปรอบ ๆ อิเล็กตรอน ส่งผลให้มีอิเล็กตรอนสองตัวที่ไม่มีคู่อยู่ในส่วนต่างๆ ของโปรตีน อิเลคตรอนเดี่ยวเหล่านี้มีพฤติกรรมเหมือนแม่เหล็กขนาดเล็ก ด้วยคุณสมบัติควอนตัมของอิเล็กตรอนที่เรียกว่าสปิน

แม่เหล็กของอิเล็กตรอนสองตัวสามารถชี้ขนานกันหรือในทิศทางตรงกันข้าม 

แต่ฟิสิกส์ควอนตัมบอกว่าอิเล็กตรอนไม่ตกอยู่กับการจัดเรียงอย่างใดอย่างหนึ่ง ค่อนข้างจะอยู่ในบริเวณขอบรกที่เรียกว่าการทับซ้อนของควอนตัมซึ่งอธิบายเฉพาะความน่าจะเป็นที่จะพบอิเล็กตรอนในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่ง

สนามแม่เหล็กเปลี่ยนความน่าจะเป็นเหล่านั้น ในทางกลับกันจะส่งผลต่อแนวโน้มที่โปรตีนจะก่อให้เกิดรูปแบบที่เปลี่ยนแปลงไปแทนที่จะกลับสู่สภาพเดิม นกอาจสามารถกำหนดทิศทางของพวกมันในสนามแม่เหล็กโดยพิจารณาจากปริมาณโปรตีนที่เปลี่ยนแปลงไป แม้ว่ากระบวนการนั้นยังไม่เป็นที่เข้าใจ “นกรับรู้สิ่งนี้ได้อย่างไร? เราไม่รู้” นักเคมี Peter Hore จาก University of Oxford ผู้เขียนร่วมของการศึกษาใหม่กล่าว

ความคิดที่ว่า cryptochromes มีบทบาทในวงเวียนภายในของนกมีมานานหลายทศวรรษแล้ว แต่ “ไม่มีใครสามารถยืนยันการทดลองนี้ได้” Jingjing Xu จากมหาวิทยาลัย Oldenburg ในเยอรมนีกล่าว ดังนั้นในการศึกษาใหม่ Xu, Hore และเพื่อนร่วมงานได้สังเกตเห็นว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่อโปรตีนที่ถูกแยกออกมาถูกแสงเลเซอร์สีน้ำเงิน หลังจากเลเซอร์พัลส์ นักวิจัยได้วัดปริมาณแสงที่ตัวอย่างดูดกลืน สำหรับ robin CRY4 การเพิ่มสนามแม่เหล็กจะเปลี่ยนปริมาณการดูดกลืนแสง ซึ่งเป็นสัญญาณว่าสนามแม่เหล็กส่งผลต่อปริมาณการผลิตโปรตีนรูปแบบที่เปลี่ยนแปลงไป

เมื่อนักวิจัยทำการทดสอบแบบเดียวกันกับ CRY4 ที่พบในไก่และนกพิราบที่ไม่อพยพ สนามแม่เหล็กมีผลเพียงเล็กน้อย การตอบสนองที่รุนแรงขึ้นต่อสนามแม่เหล็กใน CRY4 จากนกอพยพ “อาจบ่งชี้ว่าอาจมีบางสิ่งที่พิเศษจริงๆ เกี่ยวกับ cryptochromes ของนกอพยพที่ใช้สิ่งนี้เป็นเข็มทิศ” นักชีวฟิสิกส์ Thorsten Ritz จาก University of California, Irvine กล่าว

แต่การทดสอบในห้องปฏิบัติการกับไก่และนกพิราบได้แสดงให้เห็นว่านกเหล่านั้นสามารถสัมผัสสนามแม่เหล็กได้ Ritz และ Muheim ต่างก็ทราบ ยังไม่ชัดเจนว่าความไวที่สูงขึ้นของ robin CRY4 ในการทดสอบในห้องปฏิบัติการเป็นผลมาจากแรงกดดันทางวิวัฒนาการสำหรับนกอพยพให้มีเซ็นเซอร์แม่เหล็กที่ดีกว่าหรือไม่

ปัจจัยหนึ่งที่ทำให้การตีความผลลัพธ์ยากขึ้นคือการทดลองกับโปรตีนที่แยกได้ไม่ตรงกับสภาวะในสายตาของนก ตัวอย่างเช่น Xu กล่าวว่านักวิทยาศาสตร์คิดว่าโปรตีนอาจอยู่ในแนวเดียวกันภายในเรตินา เพื่อให้กระบวนการนี้กระจ่างขึ้น นักวิจัยหวังว่าจะทำการศึกษาเกี่ยวกับเรตินาจริงในอนาคต เพื่อให้ได้มุมมองจากตานกอย่างแท้จริงบาคาร่าเว็บตรง