Sin embargo, a medida que la investigación se profundizaba, surgió una teoría inesperada: las aves, descendientes de los dinosaurios que han volado sobre la Tierra durante decenas de millones de años, en realidad utilizan el comportamiento de los electrones a nivel cuántico "viendo" directamente. El campo magnético de la Tierra. El entrelazamiento cuántico, lo que Einstein llamó "teletransportación espeluznante", es el secreto de la capacidad de las aves para regresar a casa.
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Materiales de referencia:
¿Cómo "senten" las aves migratorias el campo geomagnético?
Resumen: El camino migratorio es muy largo, pero las aves pueden llegar a su destino con precisión. ¿Cómo determinan la dirección de su vuelo en el vasto mundo?
La migración de las aves no sólo es asombrosa, sino que también desconcierta a los científicos: el camino de migración es muy largo, pero las aves pueden llegar a su destino con precisión. ¿Cómo determinan la dirección de su vuelo entre el cielo y la tierra? Históricamente han ido surgiendo una tras otra diversas hipótesis para explicar la migración direccional de las aves, como la teoría de la geomorfología, la teoría de la memoria, la teoría del campo magnético, etc. Con cada vez más observaciones y experimentos, las dos primeras hipótesis fueron dando paso gradualmente a la teoría del campo magnético. Entonces surge una nueva pregunta: ¿Cómo sienten los pájaros el campo magnético de la Tierra para determinar la dirección de su vuelo? Después de todo, el campo magnético de la Tierra es sólo una vigésima parte de la intensidad del campo magnético producido por un frigorífico.
Sin embargo, a medida que la investigación se profundizaba, surgió una teoría inesperada: las aves, descendientes de los dinosaurios que han volado sobre la Tierra durante decenas de millones de años, en realidad utilizan el comportamiento de los electrones a nivel cuántico "viendo" directamente. El campo magnético de la Tierra. El entrelazamiento cuántico, lo que Einstein llamó "teletransportación espeluznante", es el secreto de la capacidad de las aves para regresar a casa.
El playero rojizo, también conocido como petirrojo, está ampliamente distribuido en el hemisferio norte y sus mecanismos de migración y orientación son los más conocidos. (Imagen:)
La razón por la que se puede "ver" el entrelazamiento cuántico es porque las aves tienen una delicada proteína fotosensible, que se descubrió por primera vez en las plantas. Recientemente, los científicos alemanes hicieron un avance importante: descubrieron que la razón por la cual las aves pueden sentir el magnetismo es la contribución de la coenzima central de esta proteína sensible a la luz. El 3 de febrero de 65438, su revista publicó dos artículos seguidos, señalando que la molécula que desempeña un papel central en la navegación magnética de las proteínas fotorreceptoras es un derivado de la vitamina B2.
Migración de aves, proteínas vegetales, campo geomagnético y física cuántica, cuatro temas aparentemente no relacionados, ¿cómo se relacionan? Esta es una historia antigua pero de vanguardia.
Proteínas que detectan la luz azul
Ya en la época de Darwin, la gente notó que las plantas responden de manera diferente a diferentes longitudes de onda de luz. Por ejemplo, bajo luz azul violeta de longitud de onda corta o incluso ultravioleta, la altura de crecimiento de las plantas se inhibe significativamente; esta es una de las razones por las que la mayoría de las plantas alpinas crecen bajas. Sin embargo, no fue hasta finales del siglo XX que se identificaron realmente los receptores de lo que los científicos llaman luz azul. En 1993, los científicos obtuvieron por primera vez el gen que codifica un receptor de luz azul de la planta experimental Arabidopsis thaliana, de uso común. El receptor de luz azul descubierto recibió el nombre de criptocromo (CRY). Se llama así porque se cree que esta proteína ayuda a las plantas sin flores (criptofitas), como las algas y los musgos, a absorber la luz azul.
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Los criptocromos, o proteínas CRY, están involucrados en una serie de actividades fisiológicas que requieren que las plantas detecten la luz de longitud de onda corta. Sin embargo, sólo dos años después, la gente se sorprendió al descubrir que el gen que codifica la proteína CRY también existe en el cuerpo humano. Posteriormente, también se descubrieron genes criptocromos en Drosophila, ratones y otros animales. La gente finalmente se dio cuenta de que la proteína CRY es una proteína fotorreceptora ampliamente distribuida en las células eucariotas. Por supuesto, las aves no son una excepción.
En los animales, las proteínas CRY se concentran principalmente en los tejidos neurales, especialmente en las células de los tejidos relacionados con la sensibilidad a la luz. La retina es uno de los tejidos con mayor expresión de la proteína CRY. Al parecer, también interviene en actividades fisiológicas reguladas por la luz en los animales.
Por otro lado, desde hace mucho tiempo se ha observado que la migración y la orientación de las aves están relacionadas con la luz: durante el día, las aves vuelan con una fuerte orientación, pero por la noche es más probable que se pierdan. La teoría tradicional de la percepción geomagnética no puede explicar bien este fenómeno. En 2000, Klaus Shuten, profesor de la Universidad de Illinois en Estados Unidos, propuso una nueva teoría según la cual la proteína CRY participa en la detección del campo geomagnético de las aves.
Luz, Física Cuántica y Campo Magnético de la Tierra
La proteína CRY en la retina animal se distribuye principalmente en la estructura en capas formada por el apilamiento de membranas internas en las células visuales. Estas láminas son perpendiculares al eje longitudinal de las células fotorreceptoras y, por lo tanto, paralelas a la superficie interna de la retina, lo que permite que las proteínas CRY aparezcan en una disposición ordenada en la retina.
La proteína CRY puede parecer ligera porque contiene una molécula de flavin dinucleótido (FAD). La moda puede parecer fuera de nuestro alcance, pero está estrechamente relacionada con nuestras vidas. Es una coenzima redox involucrada en muchas reacciones importantes y juega un papel muy importante en el metabolismo y la respiración del azúcar, las grasas y las proteínas. El componente principal de la FAD es la riboflavina, también conocida como vitamina B2. No disponer de esta vitamina esencial puede hacernos un gran daño.
FAD también juega un papel importante en el proceso de detección de la luz. Esta molécula y las cadenas laterales de aminoácidos que la rodean constituyen un centro de reacción sutil a la luz. Cuando se inyecta un fotón de una longitud de onda adecuada (generalmente en las bandas azul-violeta y ultravioleta), la molécula FAD puede absorber la energía del fotón y entrar en un estado excitado. En este momento, absorberá un protón (H+) del entorno circundante para formar FADH+ y luego robará un electrón del grupo triptófano junto al cuerpo de la proteína CRY. Esta serie de procesos de transferencia de carga hace que cambie la conformación de la proteína CRY, lo que lleva a reacciones posteriores.
La estructura espacial de la proteína CRY y sus moléculas FAD unidas. Foto: uiuc.edu.
Si así fuera, sería imposible establecer una conexión con el campo magnético terrestre. Sin embargo, unos misteriosos efectos cuánticos se convirtieron de repente en la clave del asunto. Sabemos que un par de electrones que ocupan la misma órbita siempre tienen direcciones de espín opuestas, lo que está determinado por uno de los fundamentos de la física cuántica: el principio de exclusión de Pauli. Pero cuando uno de los electrones se excita y "escapa", esta restricción desaparece; en circunstancias normales, varios factores aleatorios externos afectarán el estado de espín del electrón excitado, rompiendo así la regla de "el par debe invertirse".
Sin embargo, en la proteína CRY, los dos pares de electrones todavía están unidos entre sí después de la excitación; en otras palabras, todavía pueden permanecer "entrelazados" durante mucho tiempo. Y eso es tiempo suficiente para darle una oportunidad al campo magnético de la Tierra. Cuando el campo magnético de la Tierra actúa sobre este par de electrones en un ángulo específico, puede cambiar su estado de espín, afectando así el tiempo que tardan los electrones en regresar a la órbita del estado fundamental, lo que también afecta el tiempo que tarda el CRY. proteína para iniciar reacciones posteriores.
Por lo tanto, cuando el campo magnético paralelo pasa a través de la retina curvada, las proteínas CRY en diferentes posiciones de la retina reciben campos magnéticos en diferentes direcciones, lo que resulta en diferencias en la actividad de las proteínas CRY en diferentes áreas de la retina. , lo que a su vez afecta la percepción de la luz. Esta diferencia en sensibilidad no sólo refleja diferencias en orientación, sino que también refleja la posición latitudinal, porque el campo geomagnético en diferentes latitudes está en diferentes ángulos con respecto al plano terrestre. Por lo tanto, desde la perspectiva de las aves, su visión no sólo incluye el paisaje que ven, sino que también utiliza la luz y la oscuridad para representar información de orientación y latitud. Se puede decir que se trata de un "sistema de visualización en la cabeza" a los ojos de los pájaros, mucho más sofisticado y anterior que el equipo utilizado por los pilotos de combate más avanzados. Debido a que el FAD es excitado por la luz, esencialmente forma un par de radicales libres que contienen electrones no apareados, por lo que esta teoría también se denomina "modelo de pares de radicales".
Desde la perspectiva de un pájaro, la escena en diferentes direcciones podría verse así. Fuente de la imagen:
Aún avanzamos
De hecho, en la década de 1970, cuando Schouten utilizó por primera vez la teoría del "par de radicales libres" para explicar el mecanismo por el cual las aves detectan los campos magnéticos, el Esta teoría fue alguna vez despreciada e incluso ridiculizada, porque nadie creía que los ojos de los pájaros pudieran poseer un sistema de detección geomagnético tan exquisito. Sin embargo, con el tiempo, cada vez hay más evidencia que respalda este modelo. Por ejemplo, se ha descubierto que la función de navegación de las aves se ve alterada cuando emiten ondas electromagnéticas extremadamente débiles, pero con la frecuencia adecuada para afectar la dirección del espín de los electrones, un fenómeno que no determina la intensidad y que no puede explicarse mediante métodos tradicionales. teoría.
Además, este modelo también encontró que cuando la intensidad del campo magnético es cercana a la intensidad geomagnética (aproximadamente 1 Gauss), el impacto de la "visibilidad geomagnética" es más obvio; cuando la intensidad del campo magnético es demasiado fuerte, este efecto se debilitará; lo que puede explicar la respuesta de las aves a los campos magnéticos débiles.
La carpa plateada euroasiática realiza cada año una migración de larga distancia entre Europa y el norte de África, por lo que este pinzón se utiliza a menudo en investigaciones relacionadas con la migración. Imagen:
El modelo del "par de radicales libres" es una de las teorías populares que actualmente explican el mecanismo direccional de la migración de las aves. Recientemente, un experimento realizado en la Universidad de Frankfurt y el Instituto Max Planck en Alemania llevó el modelo del "par de radicales libres" un paso más allá: identificó el estado FAD que activa la proteína CRY.
De hecho, la gente ha estado prestando mucha atención al estado de FAD en el criptocromo, especialmente cuando CRY está en estado activo, porque determina qué par de radicales libres utiliza la proteína CRY para detectar el campo magnético de la Tierra. campo. Los experimentos han demostrado que se pueden producir dos grupos de "pares de radicales libres" en los cantos de los pájaros: primero, el FADH estimulado y el triptófano forman el primer grupo de pares de radicales libres, posteriormente el FADH estimulado se reduce a FADH- y luego se oxida; Oxígeno oxidado a FADH estimulado. En este momento forma un segundo par de radicales libres con moléculas de oxígeno (O2?-).
En estudios anteriores, se encontró que la transición de FAD del estado fundamental al estado excitado y del estado excitado al estado reducido requiere la participación de luz de longitud de onda corta. Sin embargo, estos dos pasos tienen diferentes requisitos de luz: el primero requiere luz azul y luz ultravioleta con longitudes de onda más cortas, mientras que el segundo se puede lograr con luz verde con longitudes de onda más largas. Por tanto, estimular a las aves con luz de diferentes longitudes de onda puede producir diferentes estados de DCP. Para detectar la proteína CRY activa, los científicos desarrollaron un anticuerpo que se une específicamente a la proteína CRY después de un cambio conformacional.
Cuando pollos domésticos fueron expuestos a luz blanca y luego transferidos a luz de diferentes longitudes de onda, los científicos detectaron la producción de proteína CRY activa en sus retinas. Sin embargo, si los pollos se colocaron primero en la oscuridad y luego se transfirieron a diferentes longitudes de onda de luz, los científicos descubrieron que la proteína CRY activa en la retina del pollo desaparecía después de ser expuesta a la luz verde. Además, si los pollos expuestos a la luz blanca se exponen a la luz verde durante mucho tiempo, la proteína CRY activa en la retina disminuirá gradualmente o incluso desaparecerá.
Los científicos han demostrado a través de este experimento que FAD siempre puede alternar entre cuatro estados en presencia de luz azul y luz ultravioleta. Este ciclo se bloquea en el primer paso cuando solo está presente la luz verde. Cuando pasan de la luz oscura a la luz verde, las aves solo pueden usar el FAD excitador producido previamente para producir FADH reducido posterior (y un segundo conjunto de pares de radicales libres), momento en el cual la proteína CRY puede volverse activa. Sin embargo, el FADH- y el segundo par de radicales libres que genera se consumirán gradualmente a medida que avanza la reacción, y el FAD en estado fundamental ya no se excita, por lo que no se producirá ninguna proteína CRY activa.
En los criptocromos, FAD alterna entre cuatro estados bajo la acción de la luz. Imagen:
A continuación, los científicos también investigaron la capacidad de orientación de la carpa plateada euroasiática en diferentes condiciones de iluminación. De manera similar a los resultados en pollos domésticos, la carpa plateada euroasiática que se colocó bajo luz verde después de un ambiente oscuro perdió su capacidad de orientación, mientras que la carpa plateada euroasiática que se cambió a luz verde después de la irradiación con luz blanca pudo determinar su orientación al principio, pero a medida que la luz verde A medida que aumenta el tiempo de irradiación, esta orientación desaparece gradualmente. Juntos, estos dos experimentos muestran que la presencia de FADH-a en su estado reducido desencadena la activación de la proteína CRY, y la posterior generación de un segundo par de radicales libres es un factor clave en la detección del campo magnético de la Tierra.
Por supuesto, el trabajo anterior es sólo uno de los avances en la comprensión del mecanismo por el cual las aves detectan el campo magnético de la Tierra. El propio modelo del "par de radicales libres", como cualquier descubrimiento y progreso en la ciencia, sigue avanzando en la exploración, descubriendo y respondiendo constantemente nuevas preguntas y dudas. Aún queda un largo camino por recorrer para explicar completamente el fenómeno de la migración y orientación de las aves. Y este es un microcosmos de la continua y profunda exploración de la naturaleza por parte de la humanidad.
(Fuente: Asociación China para la Conservación de la Vida Silvestre)