Znajdź zawartość

Magnetorecepcja pozwala na wykrywanie kierunku linii pola magnetycznego Ziemi. Dzięki temu zwierzęta wędrowne, np. migrujące pomiędzy Skandynawią a Afryką rudziki, orientują się w przestrzeni. Kiedyś uważano, że za zdolnością tą kryją się reakcje chemiczne zachodzące w oku. Teraz naukowcy z Uniwersytetu w Oksfordzie skłaniają się raczej ku temu, że ptasi kompas bazuje na tzw. koherencji (spójności) kwantowej. W najbliższym numerze Physical Review Letters ukaże się artykuł dotyczący brytyjsko-niemieckiego eksperymentu na rudzikach. Akademicy zademonstrowali, że działanie kompasu ptaków można zaburzyć za pomocą niewielkiego szumu magnetycznego. Kiedy wprowadzano taki szum w postaci słabego zmiennego pola magnetycznego, rudziki stawały się bezradne. Wszystko wracało do normy po jego wyeliminowaniu. W swojej analizie naukowcy wykazali, że tylko system z komponentami pracującymi na poziomie kwantowym byłby tak wrażliwy na delikatny szum. Postęp w dziedzinie kwantowych technologii informacyjnych jest wyjątkowo trudny, ponieważ trzeba zdobyć [wiedzę i] panowanie nad bardzo delikatnymi zjawiskami. To prawie niewyobrażalne, że żywy organizm wytworzył w toku ewolucji podobne zdolności – zachwyca się Erik Gauger z Wydziału Materiałoznawstwa Uniwersytetu Oksfordzkiego. Stany koherencji kwantowej błyskawicznie zanikają, dlatego wyzwaniem jest ich podtrzymanie tak długo, jak to tylko możliwe. Struktury molekularne ptasiego kompasu ewidentnie utrzymują je przez co najmniej 100 mikrosekund, a prawdopodobnie jeszcze dłużej. Choć wydaje się, że to krótko, najlepiej nadające się do porównań sztuczne cząstki pozwalają na osiągnięcie 80 mikrosekund w temperaturze pokojowej. I to w idealnych warunkach laboratoryjnych – podsumowuje współautor artykułu Simon Benjamin z Singapuru. Panowie mają nadzieję, że dogłębniejsze zbadanie metod ptaków na podtrzymywanie stanów koherencji kwantowej pozwoli je odtworzyć i tym samym opracować praktyczne technologie kwantowe.

Naukowcy z Instytutu Ornitologii Maxa Plancka ustalili, że nocki duże (Myotis myotis) orientują się w ciemnościach dzięki ziemskiemu polu magnetycznemu i choć są aktywne głównie nocą, kalibrują swój kompas na podstawie położenia słońca podczas zachodu. Od lat 40. ubiegłego wieku wiedziano, że odtwarzając topografię najbliższego otoczenia, nietoperze posługują się echolokacją. Niektóre jednak wypuszczają się podczas polowań na odległość 20 km od swoich kryjówek. Ponadto często letnie i zimowe noclegownie są oddalone o ponad 50 km, a pewne znane chiropterologom gatunki migrują każdego roku na terenie Europy, pokonując nawet do 1000 km (!). Najnowsze badania ujawniły, że podczas dłuższych podróży nietoperze wykorzystują pole magnetyczne naszej planety. Naukowcy z Instytutu Ornitologii Maxa Plancka potwierdzili to na nockach. Oceniali ich zdolność odnalezienia drogi do domu, manipulując polem magnetycznym o zachodzie słońca. Richard Holland, Ivailo Borissov i Björn Siemers sprawdzali, czy nietoperze potrafią się zorientować w nieznanym terenie. Wyłapywali zatem latające ssaki i wypuszczali je 25 km od macierzystej jaskini. Śledzili trasę ich lotu za pomocą miniaturowych nadajników radiowych. Okazało się, że już po 1-3 km większość nietoperzy kierowała się w stronę miejsca zamieszkania. Byłem dość sceptyczny, że pierwsza część eksperymentu się powiedzie. Dlatego zrobiło na mnie duże wrażenie, że najszybsze nietoperze dotarły do jaskini zaledwie dwie godziny po wypuszczeniu – wyjawia Siemers. Na tym etapie badaczy najbardziej interesowała kwestia, czy nawigacja po nieznanej okolicy ma jakiś związek z polem magnetycznym, a jeśli tak, to czy – jak u migrujących ptaków – kalibracja kompasu zachodzi dzięki słońcu. Posługując się cewką Helmholtza, w przypadku połowy nietoperzy Niemcy zmienili o zachodzie słońca kierunki pola magnetycznego – w ten sposób północ stała się wschodem. W odróżnieniu od grupy kontrolnej, osobniki te skręcały o mniej więcej 90 stopni na wschód, zamiast lecieć na południe do jaskini. Na samym końcu naukowcy powtórzyli eksperyment nocą. Znów u połowy ssaków zamieniono kierunki pola magnetycznego, ale zrobiono to dopiero wtedy, gdy z nieba znikły jakiekolwiek ślady zachodu słońca. W takich warunkach wszystkie zwierzęta – zarówno z grupy eksperymentalnej, jak i kontrolnej – przemieszczały się w stronę jaskini. Nocki duże wykorzystują pozycję naszej gwiazdy jako najpewniejszy wskaźnik kierunku i kalibrują z nim pole magnetyczne, by posługiwać się tym później w nocy jak kompasem – tłumaczy Holland. Dla nietoperzy zachód jest tam, gdzie chowa się słońce, nieważne, co "mówi" pole magnetyczne. W danej lokalizacji złoża żelaza w skorupie ziemskiej mogą zaburzać pole magnetyczne, lepiej więc wybrać coś pewniejszego, nawet jeśli miałaby to być jedynie lekka poświata na widnokręgu...

W czułkach brazylijskich mrówek polujących na termity wykryto miniaturowe magnesy, które pozwalają im nawigować jak ptakom, żółwiom morskim czy pstrągom. To dlatego owady te sprawiają wrażenie, jakby zawsze wiedziały, gdzie zmierzają i gdzie się aktualnie znajdują. Naukowcy z Brazylijskiego Centrum Badań Fizycznych w Rio de Janeiro badali różne części ciała schwytanych robotnic pod mikroskopem optycznym i elektronowym. W czułkach zwierząt wyryli duże ilości kryształów tlenków żelaza. Mrówki, które badaliśmy, żyją na glebach obfitujących w rozdrobnione minerały żelaza, tak więc materiału budulcowego mają pod dostatkiem. Wykorzystanie minerałów rozpoczyna się, kiedy tylko owady wchodzą w kontakt z ziemią – opowiada Jandira Ferreira de Oliveira. W czułkach mrówek znaleziono magnetyt, maghemit, getyt i krzemian glinu. Wszystkie wymienione związki tworzą coś w rodzaju igły kompasu. Na potrzeby badań zespół Oliveiry zbierał w Sao Paulo okazy mrówek z gatunku Pachycondyla marginata. Trasy ich migracji są zwykle odchylone o 13 stopni od osi geomagnetycznej Ziemi, a najsilniejszy sygnał wydobywa się z czułków. Substancje magnetyczne są w nich ulokowane w pobliżu narządu Johnstona. Znajduje się on w drugim członie czułków i niewykluczone, że również wchodzi w skład układu nawigacyjnego mrówek. Nie wszystkie mrówki znajdują drogę do gniazda w ten sam sposób. Te zamieszkujące pustynie wykształciły np. oczy wykrywające polaryzację światła.

Krowy kojarzą nam się z wieloma rzeczami, m.in. mlekiem, łatami i spokojnym usposobieniem. Nikt jednak do tej pory nie zauważył, że działają jak miniaturowe magnesy. Zawsze ustawiają się w linii północ-południe (Proceedings of the National Academy of Sciences). Hynek Burda, biolog z Universität Duisburg-Essen, skorzystał ze zdjęć satelitarnych Google Earth. Badał 308 stad z 6 kontynentów, liczących w sumie ponad 8 tys. osobników. Niemcy odkryli istnienie podobnego zjawiska wśród jeleniowatych (saren europejskich i jeleni szlachetnych), co oznacza, że wszystkie wymienione gatunki muszą wyczuwać pole magnetyczne Ziemi. Magnetorecepcję opisano dotąd u owadów (np. termitów i pszczół), migrujących ptaków czy żółwi morskich, nikt jednak nie sądził, że tak spektakularny jej przypadek mamy tuż pod nosem, w dodatku od ok. 10 tysięcy lat. Jakie korzyści ewolucyjne zapewnia krowom ta umiejętność? Na razie nie wiadomo. Pasterze zaobserwowali co prawda, że w stadzie krowy ustawiają się w podobnym kierunku, ale naukowcy przypuszczali, że zwierzęta podążają po prostu za słońcem i wygrzewają się w nim lub zbijają się w gromady, by utrzymać ciepło. Nikomu nie przyszło do głowy, że powodem opisywanego zachowania jest określone "zamiłowanie" geomagnetyczne. Po porównaniu ustawienia krów do wskazań kompasu okazało się, że w przypadku pojedynczych osobników odchylenie od geograficznego południa lub północy wynosiło ok. 5 stopni. Obserwacje stad jeleni i saren na żywo oraz analiza śladów pozostawionych przez zwierzęta odpoczywające na śniegu wykazały identyczną tendencję. Badania terenowe prowadzono w Czechach. W 241 lokalizacjach śledzono 2974 osobniki. Do analizy wybrano zdjęcia, na których zwierzęta były wyraźnie widoczne, stały na płaskim terenie i nie znajdowały się w pobliżu wodopoju czy miejsc żerowania, bo mogłoby to wpływać na ich zachowanie. Cały proces był wyjątkowo żmudny i pracochłonny. W miejscach, gdzie położenie południków magnetycznych najsilniej odbiegało od położenia południków geograficznych (np. tam, gdzie pole magnetyczne miało większe natężenie lub na wysokich szerokościach geograficznych), zwierzęta ustawiały się w zgodzie ze wskazaniami pola magnetycznego. Wyklucza to teorię, że wygrzewają się w słońcu, bo wtedy powinny się kierować w stronę północy geograficznej. Obalono też hipotezę, że zwierzęta ustawiają się tak, by minimalizować boczne uderzenia chłodnego wiatru. Sabine Begall podkreśla, że w przypadku jeleniowatych, gdzie naukowcy dysponowali danymi odnośnie do kierunków wiatru, nie stwierdzono żadnej tego typu korelacji. Gdyby wiatr odgrywał jakąkolwiek rolę, powinniśmy obserwować wiele losowych ułożeń, tak jednak nie było. [...] Dominowało ustawienie w linii północ-południe.