Noi, oamenii, percepem lumea din jurul nostru cu ajutorul a cinci simțuri – văz, auz, gust, miros și tactil, însă multe animale sunt capabile să simtă și câmpul magnetic al Pământului.

Un proiect de cercetare desfășurat de o echipă de biologi, chimiști și fizicieni de la universitățile din Oldenburg (Germania) și Oxford (Marea Britanie) a adunat dovezi care sugerează că simțul magnetic al păsărilor migratoare se bazează pe o proteină din ochi sensibilă la lumină.

În ediția curentă a revistei Nature, această echipă demonstrează că proteina criptocrom 4, care se găsește în retina păsărilor, este sensibilă la câmpurile magnetice și ar putea fi mult căutatul senzor magnetic.

Jingjing Xu, doctorand în cadrul grupului de cercetare al lui Henrik Mouritsen din Oldenburg, a făcut un pas decisiv spre acest succes. După ce a extras de la măcăleandru, care migrează noaptea, codul genetic pentru criptocromul 4, potențial sensibil la magnetism, Xu a reușit, pentru prima dată, să producă în cantități mari această moleculă fotoactivă, folosind culturi de celule bacteriene.

Cercetătorii din Oxford au folosit apoi o gamă largă de tehnici de rezonanță magnetică și tehnici noi de spectroscopie optică pentru a studia proteina și pentru a demonstra sensibilitatea pronunțată a acesteia la câmpurile magnetice.

Echipa a descifrat, de asemenea, mecanismul prin care apare această sensibilitate – un alt progres important.

„Electronii care se pot deplasa în interiorul moleculei după activarea cu lumină albastră joacă un rol crucial”, explică Henrik Mouritsen.

Proteinele precum criptocromul sunt formate din lanțuri de aminoacizi: criptocromul 4 al măcăleandrului are 527 de aminoacizi. Cercetătorii din Oldenburg au efectuat calcule de mecanică cuantică în sprijinul ideii că patru dintre cei 527 – cunoscuți sub numele de triptofani – sunt esențiali pentru proprietățile magnetice ale moleculei.

Conform calculelor lor, electronii sar de la un triptofan la altul, generând așa-numitele perechi radicale care sunt sensibile la magnetism. Pentru a demonstra acest lucru experimental, echipa din Oldenburg a produs versiuni ușor modificate ale criptocromului de măcăleandru, în care fiecare dintre triptofani a fost înlocuit cu un aminoacid diferit pentru a bloca mișcarea electronilor.

Folosind aceste proteine modificate, cercetătorii au reușit să demonstreze experimental că electronii se mișcă în interiorul criptocromului așa cum au prezis calculele și că perechile radicale generate sunt esențiale pentru a explica efectele observate ale câmpului magnetic.

Echipa din Oldenburg a replicat, de asemenea, criptocromul 4 de la găini și porumbei. Atunci când au fost studiate la Oxford, s-a observat că proteinele acestor specii, care nu migrează, prezintă o fotochimie similară cu cea a măcăleandrului, dar par a fi mult mai puțin sensibile la magnetism.

„Credem că aceste rezultate sunt foarte importante, deoarece arată pentru prima dată că o moleculă din aparatul vizual al unei păsări migratoare este sensibilă la câmpurile magnetice”, spune Mouritsen.

Dar, adaugă el, aceasta nu este o dovadă definitivă că criptocromul 4 este senzorul magnetic pe care echipa îl caută. În toate experimentele, cercetătorii au examinat proteine izolate în laborator. De asemenea, câmpurile magnetice utilizate au fost mai puternice decât câmpul magnetic al Pământului.

„Prin urmare, trebuie încă demonstrat că acest lucru se întâmplă în ochii păsărilor”, subliniază Mouritsen.

Astfel de studii nu sunt încă posibile din punct de vedere tehnic. Cu toate acestea, autorii cred că proteinele implicate ar putea fi semnificativ mai sensibile în mediul lor natural.

În celulele din retină, proteinele sunt probabil fixate și aliniate, ceea ce le sporește sensibilitatea la direcția câmpului magnetic. În plus, este probabil ca acestea să fie asociate cu alte proteine care ar putea amplifica semnalele senzoriale.

În prezent, echipa caută acești „parteneri de interacțiune” încă necunoscuți. Peter Hore, cercetător din grupul de la Oxford, spune că „dacă putem dovedi că criptocromul 4 este senzorul magnetic, vom fi demonstrat un mecanism cuantic fundamental care face animalele sensibile la stimuli din mediu de un milion de ori mai slabi decât se credea anterior că este posibil”.