جذاب ترین ها

پرندگان با استفاده از فیزیک کوانتوم، مسیریابی می کنند!

فراديد

بروزرسانی 1400/05/03 - 17:45

پرندگان با استفاده از فیزیک کوانتوم، مسیریابی می کنند!

فراديد/ سينه سرخ اروپايي گونه‌اي است که سالانه مهاجرت مي‌کند. گله‌هاي آن‌ها با حس ذاتي شمال و جنوب در طول مسير هدايت مي‌شوند. بنظر مي‌رسد يک پروتئين در چشم پرندگان مي‌تواند در پشت توانايي مسيريابي آن‌ها باشد.
سينه سرخ‌هاي اروپايي به قطب نما احتياج ندارند، چرا که آن‌ها مي‌توانند ميدان‌هاي مغناطيسي را تشخيص دهند که به آن‌ها کمک مي‌کند از جنوب به شمال بگويند. برخي دانشمندان تصور مي‌کردند که اين ابرقدرت ممکن است مبتني بر فيزيک کوانتوم باشد. اين علم در مورد چيز‌هاي بسيار کوچک، مانند اتم‌ها و الکترون‌ها است. تحقيقات جديد باعث شده است که ايده "قطب نما" کوانتومي حتي بيشتر محتمل باشد.

پرندگان آوازخواني مانند سينه سرخ‌هاي اروپايي هنگام حرکت سالانه در مسافت‌هاي طولاني، براي پيمايش بايد ميدان مغناطيسي زمين را حس کنند. يک پروتئين خاص در چشم پرندگان مي‌تواند پشت اين قضيه باشد. اين پروتئين CRY۴ نام دارد که مخفف cryptochrome (KRIP-toh-kroam) ۴ است.

برخي دانشمندان فکر مي‌کنند CRY۴ مانند يک سوزن قطب نماي کوچک عمل مي‌کند و فيزيک کوانتوم مي‌تواند نحوه کار آن را توضيح دهد. اگر نظر درست باشد، اين يک گام به جلو براي بيوفيزيکدانان است. اين دانشمندان نحوه همکاري فيزيک و زيست شناسي را مطالعه مي‌کنند. آن‌ها به دنبال درک اين هستند که چه وقت فيزيک کوانتوم مي‌تواند براي موجودات زنده مهم شود.

تاکنون، هيچ کس اندازه گيري نکرده است که آيا CRY۴ به ميدان مغناطيسي پاسخ مي‌دهد يا خير؛ بنابراين دانشمندان اين پروتئين را در آزمايشگاه مورد مطالعه قرار دادند. آن‌ها نوعي CRY۴ را که در چشم سينه سرخ اروپايي (Erithacus rubecula) يافت مي‌شود، بررسي کردند. محققان دريافتند که اين ميدان واقعاً به ميدان‌هاي مغناطيسي پاسخ مي‌دهد. چيزي که لازم است تا به عنوان قطب نما عمل کند.
محققان نتايج خود را در ۲۴ ژوئن در مجله Nature منتشر کرده‌اند.
«راشل موهايم» زيست شناس حسي در دانشگاه لوند در سوئد مي‌گويد: "اين اولين مقاله است که در واقع نشان مي‌دهد کريپتوکروم ۴ پرندگان از نظر مغناطيسي حساس است. "

دانشمندان فکر مي‌کنند CRY۴ براي فعاليت، به نور آبي رنگ نياز دارد. هنگامي که نور آن طول موج‌ها به پروتئين برخورد مي‌کند، باعث ايجاد مجموعه‌اي از واکنش‌ها مي‌شود. اين واکنش‌ها الکترون را به اطراف منتقل مي‌کنند. در پايان، دو الکترون جفت نشده در قسمت‌هاي مختلف پروتئين وجود دارد. اين الکترون‌هاي تنها مانند آهن ربا‌هاي کوچک رفتار مي‌کنند. اين به لطف يک ويژگي کوانتومي الکترون معروف به چرخش است.

آهن ربا‌هاي دو الکترون مي‌توانند به موازات يکديگر يا در جهت مخالف باشند. اما الکترون‌ها در هر دو ترتيب قرار نمي‌گيرند. آن‌ها در يک برزخ کوانتومي عجيب و غريب وجود دارند. آن را يک ابرموقعيت کوانتومي (Quanum Superposition) مي‌نامند. اين تنها احتمال يافتن الکترون‌ها را در هر دو چيدمان توصيف مي‌کند.

در پايان واکنش، پروتئين مي‌تواند به نسخه ديگري تبديل شود - يا به همان روش اوليه خود بازگردد. اينکه کدام يک را انتخاب کند بستگي به احتمالات الکترون دارد.
اينجا جايي است که ميدان‌هاي مغناطيسي وارد مي‌شوند. يک ميدان مغناطيسي احتمال حرکت الکترون‌ها را در همان جهت تغيير مي‌دهد که ميزان فرم جديد پروتئين تشکيل شده را تغيير مي‌دهد. پرندگان ممکن است اين تغيير را حس کنند. به اين ترتيب، آن‌ها ممکن است ميدان مغناطيسي زمين را تشخيص دهند.

اما هيچ کس هنوز آن قسمت از روند را درک نمي‌کند. اينکه پرنده چگونه اين موضوع را درک مي‌کند؟ پيتر هور، که شيمي دان دانشگاه آکسفورد و همچنين يکي از نويسندگان مطالعه جديد است مي‌گويد «ما واقعا نمي‌دانيم»

اين ايده که کريپتوکروم‌ها در قطب نماي پرندگان نقش دارند، دهه هاست که وجود دارد. «جينگ جينگ خو» او بيوشيمي‌دان در دانشگاه اولدنبورگ آلمان اذعان دارد که: "هيچ کس نتوانست اين را تأييد کند"؛ بنابراين، در مطالعه جديد، او، هور و همکارانشان پروتئين CRY۴ را با نور ليزر آبي رنگ مورد اصابت قرار دادند. سپس مشاهده کردند که چه اتفاقي افتاده است.
پروتئين مقداري از نور را جذب مي‌کند. هنگامي که محققان يک ميدان مغناطيسي را روشن کردند، ميزان تغيير پروتئين در نور تغيير کرد. اين يک علامت است که ميدان مغناطيسي ميزان تغيير يافته پروتئين را تغيير داده است.
محققان پروتئين‌هاي داخل چشم پرندگان را مشاهده نکردند. در عوض، آن‌ها آزمايشات خود را بر روي پروتئين‌ها در مايع درون لوله انجام دادند. اين تفسير يافته‌هاي جديد را دشوارتر مي‌کند. پروتئين ممکن است در مايع متفاوت از چشم پرنده باشد. به عنوان مثال، دانشمندان فکر مي‌کنند پروتئين‌هاي چشم ممکن است در يک جهت رديف شوند. در آينده، محققان اميدوارند که مطالعاتي را در مورد چشم واقعي انجام دهند؛ و اين به آن‌ها يک چشم پرنده واقعي مي‌دهد.

منبع: sciencenewsforstudents.org