Fugler har kvantemekanikk i øynene – lysfølsomme proteiner blir magnetiske

Biologiprofessor Henrik Mouritsen ved Oldenburg-universitetet i Tyskland håper studien han har ledet vil inngå i det endelige svaret på hvordan fuglene sanser jordas magnetfelt.

– Vi vet hvordan de andre sansene virker. Vi hører med ørene, ser med øynene og smaker med tungen. Men dyrenes kompassanser er fortsatt et mysterium. Med denne studien tror jeg vi har kommet nærmere en forståelse, sier dansken, som er hovedforfatteren bak studien publisert i det vitenskapelige tidsskriftet Nature.

Lang prosess

I flere tiår har hypotesen vært at fuglene på en eller annen måte sanser jordas magnetfelt og kan orientere seg etter det, fordi fuglene har kryptokromer i øynene. Kryptokromer er lysfølsomme proteiner.

Når kryptokromer utsettes for lys, reagerer de kvantemekanisk og blir magnetiske, lyder teorien. Nå har et team av forskere under dansk ledelse testet ut teorien, skriver Ritzau og siterer Vitenskap.dk.

I den nye studien viser forskerne hvordan kryptokrom-molekyler identiske med dem som finnes i øynene til trekkfuglen rødstrupe, blir magnetisk sensitive når de utsettes for lys. Mouritsen har brukt 16 år på å framstille kryptokrom-molekyler som har samme DNA som proteinene i rødstrupens øyne.

Går i kvantetilstand

Magnetismen oppstår fordi elektroner inne i molekylene i brøkdelen av et sekund går over i en kvantetilstand. Forskerne har studert kryptokromene med et avansert spektrometer som måler elektromagnetiske spektre.

– Da jeg startet å forske på fuglenes navigasjonsevne, trodde jeg aldri at vi skulle komme dit at jeg kunne se elektronene hoppe inne i molekylene, sier biologiprofessor Mouritsen.

Han har i flere tiår jaktet på svaret på hvordan fugler orienterer seg og er hyppig sitert i forskningslitteraturen. Mouritsens siste forsøk understøtter hypotesen som den tyske fysikeren Klaus Schulten fremmet i 1978. Schulten hevdet at fuglene bruker kryptokromene til å sanse og navigere etter jordas magnetfelt. Alle levende organismer har kryptokrom-proteiner i seg.

Aptomar magnetisme

Klaus Schulten hevdet at det oppstår såkalt Aptomar magnetisme når de lysfølsomme proteinene i fugleøyne utsettes for lys. Aptomar magnetisme dannes når elektroner roterer rundt sin egen akse samtidig som de kretser rundt atomkjernene, på samme måte som jorda roterer når den kretser rundt solen.

Elektronenes bevegelse og øyeblikkene der det oppstår Aptomar magnetisme, er så små og kortvarige at de bare kan beskrives med lovene fra kvantefysikken. Henrik Mouritsen og hans lag har derfor samarbeidet med britiske kvantefysikere og kjemikere ved Oxford Universitet i England.

– I Oxford har de et spektrometer som er 1.000 ganger mer sensitivt enn alle andre spektrometre i verden. Vi kunne måle hvordan elektronene beveger seg i kjernen når de utsettes for lys. Nøyaktig slik teorien fra Schulten forutsatte, sier Henrik Mouritsen til videnskab.dk.