Znajdź zawartość

Od dawna było wiadomo, że wiele zwierząt: niektóre ptaki, owady, łososie - posiada jakiś wewnętrzny kompas, zmysł pozwalający im rozpoznawać kierunki geograficzne. Dopiero niedawno udało się szczegółowo zbadać i opisać ten niezwykły mechanizm u ptaków. Niektóre doświadczenia związane z poszukiwaniem tego magnetycznego zmysłu stały się już anegdotami, jak na przykład przyczepianie migrującym ptakom magnesików do głów. Magnes nie zakłócał ptasiej orientacji, nie posiadają one kompasu w sensie dosłownym. Orientują się one w położeniu zupełnie inaczej - dosłownie widząc pole magnetyczne. Ptasi zmysł magnetyczny jest ściśle związany ze wzrokiem, do tego stopnia, że nie działa on w ciemnościach. Jak więc działa? Kluczem jest substancja zwana kryptochromem. Jest to receptor niebieskiego światła, powszechnie obecny w siatkówce zwierząt, również człowieka. Pobudzona promieniowaniem o odpowiedniej długości przechodzi ona w stan aktywny, z niesparowanym elektronem. To samo dzieje się w towarzyszącej kryptochromowi cząsteczce nazwanej FAD. Para taka szybko wraca do normalnego stanu, ale szybkość tego powrotu zależy od pola magnetycznego. Od kryptochromu zaś zależy czułość siatkówki ptasiego oka, zatem wpływa na nią również pole magnetyczne. Podczas eksperymentów sprawdzono, że w ciemności rudziki nie potrafią się orientować w kierunkach geograficznych. Doświadczenia były o tyle łatwiejsze, że zmysł magnetyczny występuje u nich tylko w prawym oku i odpowiada za niego jedynie lewa półkula mózgowa. Z zasłoniętym prawym okiem ptak nie potrafił odnaleźć właściwego kierunku, z zasłoniętym lewym zaś bez kłopotu. Podczas eksperymentów okazało się, że do odczytywanie kierunku rudzikom potrzebna jest również ostrość widzenia. Kiedy założono im gogle przepuszczające światło, ale powodujące rozmycie obrazu, zmysł magnetyczny nie działał prawidłowo. Dlaczego tak się dzieje? Ponieważ kryptochrom wpływa na czułość siatkówki, linie pola magnetycznego bezpośrednio nakładają się na widziany przez ptaka obraz w postaci łagodnych zmian jasności. Na rozmytym i niewyraźnym tle gradient związany z kierunkiem magnetycznym jest trudny do rozpoznania. Kiedy widzenie jest ostre, łatwo można odróżnić łagodne przejścia jasności spowodowane polem magnetycznym od wyraźnych i ostrych konturów krajobrazu. Wynika z tego, że również ptak - krótkowidz miałby kłopot z nawigacją. Można jednak sądzić, że bezlitosny dobór naturalny wyeliminował taką przypadłość u rudzików, czy innych zwierząt mających zdolność widzenia ziemskiego pola magnetycznego. Inna ciekawostką jest to, że kryptochromy, które ewolucyjnie powstały bardzo wcześnie, są obecne u roślin, koralowców a także u ssaków, w tym ludzi. Niektórzy naukowcy sądzą więc, że i my mamy potencjalną możliwość postrzegania pola magnetycznego.

Zwierzęta polegają na polu magnetycznym Ziemi. Ptaki wykorzystują je podczas przelotów, krowy ustawiają się jak kompas w linii północ-południe, a lisy podczas polowania niemal zawsze skaczą na ofiarę w kierunku nieco odchylonym od linii północ-południe. Teraz po przeszczepieniu muszkom owocowym białka z ludzkiej siatkówki także okazało się, że może ono wyczuwać pole magnetyczne naszej planety. Czy to oznacza, że dysponujemy niezauważoną dotąd umiejętnością? U zwierząt za wyczuwanie pola magnetycznego Ziemi odpowiadają światłoczułe reakcje angażujące kryptochrom (fotoreceptor światła niebieskiego). Wcześniej naukowcy ze Szkoły Medycznej University of Massachusetts, autorzy najnowszego studium, zauważyli, że także u muszek owocowych kryptochrom może działać jako światłozależny czujnik magnetyczny. Mając to wszystko na uwadze, zespół postanowił sprawdzić, czy ludzki kryptochrom 2 (hCRY2) wykazuje podobne właściwości. Dr Steven Reppert, Lauren Foley i dr Robert Gegear stworzyli transgeniczny model muszki, u którego nie występował kryptochrom Drosophila, dochodziło za to do ekspresji hCRY2. Amerykanie wykazali, że transgeniczne owady były w stanie wyczuć i zareagować na pole magnetyczne generowane przez cewkę elektryczną (było to zachowanie zależne od światła). Naukowcy uważają, że udało im się zademonstrować, że hCRY2 ma molekularną możliwość spełniania funkcji magnetycznego systemu czujnikowego. W przyszłości ekipa chce przetestować zdolności magnetyczne ludzi, ale raczej w kontekście wpływu pola magnetycznego na widzenie niż na pozawzrokową nawigację w terenie.

Anion ponadtlenkowy (O2-) jest wolnym rodnikiem i stanowi pierwszy produkt pośredni w łańcuchu redukcji tlenu cząsteczkowego. Wydaje się też, że mimo swojej toksyczności odgrywa podstawową rolę w migracji ptaków. To dzięki niemu nasi skrzydlaci przyjaciele "widzą" pole magnetyczne Ziemi (Biophysical Journal). Opisywane odkrycie jest dziełem przypadku. Ilia Solov, współpracownik głównego badacza Klausa Schultena z University of Illinois w Urbana-Champaign, nie wiedział, że anion ponadtlenkowy jest toksyczny. Stwierdził za to, że to idealny partner reakcji, która miałaby zachodzić z kryptochromem w ptasim oku. Kryptochromy są receptorami światła niebieskiego i występują u roślin oraz zwierząt. Przed 9 laty Schulten jako pierwszy postulował, że białka te stanowią sedno ptasiego zmysłu geomagnetycznego i potwierdził to później eksperymentalnie. Jego przypuszczenia były logiczną konsekwencją odkrycia, że pole magnetyczne może oddziaływać na reakcje chemiczne, jeśli przebiegają na tyle szybko, by podlegać czystej mechanice kwantowej. Przed naszym studium myślano, że to niemożliwe, ponieważ pole magnetyczne wpływa na cząsteczki zbyt słabo. Jak tłumaczy Schulten, takie reakcje chemiczne angażują transfer elektronów, co skutkuje swobodną zmianą spinów, działających jak osiowe kompasy. Kiedy pole magnetyczne się zmienia, np. podczas manewrów wykonywanych przez ptaka, zmienia się też biokompas w oku i dzięki temu zwierzę widzi, jak obrany przez niego kierunek ma się do północy lub południa. Inni badacze zauważyli, że kryptochrom, działając za pośrednictwem własnego spinu, wyszukuje reagenty o tzw. spinie zerowym. Sugerowali, że warunki spełnia tlen cząsteczkowy. My twierdzimy, że nie chodzi o łagodny tlen, którym wszyscy oddychamy, lecz o jego bliskiego kuzyna o ujemnym ładunku elektrycznym. Początkowo Schulten zlekceważył propozycje Solova, potem jednak zmienił zdanie. Zdałem sobie sprawę, że toksyczność jest tu tak naprawdę kluczowa. Organizm dysponuje wieloma mechanizmami zmniejszającymi ilość anionu ponadtlenkowego, zabezpieczając się w ten sposób przed uszkodzeniami komórkowymi. Daje to pewne korzyści, jako że jon musi występować w niewielkich, ale nie zbyt małych, stężeniach, by biokompas działał prawidłowo. W oczach ludzi również występuje kryptochrom, ale my nie widzimy pola elektromagnetycznego Ziemi. Ponieważ O2- przyspiesza procesy starzenia, nasza ewolucja przedłożyła długowieczność nad zdolności orientacyjne.