Οι πρωτεΐνες στα μάτια των πτηνών μπορούν να τους αφήσουν να δουν το μαγνητικό πεδίο της Γης

Τα πουλιά έχουν μια εκπληκτικά καλή ικανότητα να διακρίνουν τις κατευθύνσεις, είναι τόσο καλό που μερικές φορές λέγεται ότι διαθέτουν «εσωτερικό GPS». Νέα έρευνα που έγινε από δύο ομάδες βιολόγων μπορεί να έχει βρει τον λόγο για τις εντυπωσιακές τους ικανότητες πλοήγησης, πρωτεΐνες στα μάτια τους που τους επιτρέπουν να ανιχνεύουν το φυσικό μαγνητικό πεδίο της Γης.

Οι ικανότητες πλοήγησης των πτηνών έχουν γοητεύσει από καιρό επιστήμονες και ερευνητές σε όλο τον κόσμο. Δόθηκαν διάφορες μελέτες και υποθέσεις για την ικανότητα των πτηνών να πετούν μεγάλες αποστάσεις και να επιστρέφουν σε ορισμένες ευνοημένες περιοχές κατά τη διάρκεια της μετανάστευσης. Πειράματα που έγιναν από τον Hans Walraff του Ινστιτούτου Ορνιθολογίας Max Planck πρότειναν ότι ορισμένα πουλιά ήταν σε θέση να πλοηγούνται με την αίσθηση της όσφρησης, ενώ άλλες θεωρίες πρότειναν ότι τα πουλιά μπορεί να είχαν τριχωτά κύτταρα πλούσια σε σίδηρο που λειτουργούσαν ως μικροσκοπικές πυξίδες. Ωστόσο, νέα έρευνα υποδηλώνει ότι τα μάτια των πτηνών μπορεί πραγματικά να είναι σε θέση να «βλέπουν» (κατά κάποιο τρόπο) το μαγνητικό πεδίο της Γης.

Βλέποντας μαγνητικά πεδία με την πρωτεΐνη Cry4

Οι μελέτες που εξέτασαν τα μάτια των πτηνών προήλθαν από δύο διαφορετικές ομάδες βιολόγων. Μια μελέτη, που έγινε στο Πανεπιστήμιο Carl von Ossietzky της Γερμανίας στο Όλντενμπουργκ, εξέτασε ευρωπαϊκούς κοκκινολαίμηδες, ενώ μια άλλη μελέτη που έγινε στο Πανεπιστήμιο Lund της Σουηδίας έκανε έρευνα για σπίνους ζέβρα.

Οι δύο ομάδες ερευνητών βρήκαν και οι δύο ότι μια συγκεκριμένη πρωτεΐνη γνωστή ως Cry4, μπορεί να είναι υπεύθυνη για να επιτρέπει στα πουλιά να αντιλαμβάνονται το μαγνητικό πεδίο της Γης. Η πρωτεΐνη Cry4 είναι υπεύθυνη για να βοηθά πολλά θηλαστικά να ρυθμίζουν τον κιρκάδιο ρυθμό τους. Είναι ένα κρυπτόχρωμα, ένας τύπος φωτοϋποδοχέα που είναι ιδιαίτερα δεκτικός στα μπλε μήκη κύματος του φωτός. Αυτό είναι σημαντικό επειδή τα πρόσφατα στοιχεία δείχνουν ότι τα πουλιά μπορούν να προσανατολιστούν χρησιμοποιώντας το μαγνητικό πεδίο της Γης μόνο εάν υπάρχει φως στα μπλε μήκη κύματος.

Η ομάδα από το Πανεπιστήμιο του Lund ξεκίνησε να μετρήσει πώς τρία συγκεκριμένα κρυπτοχρώματα – οι πρωτεΐνες Cry1, Cry2 και Cry4 – εκφράστηκαν στα σώματα των σπίνων ζέβρα. Οι ερευνητές εξέτασαν πώς τα γονίδια του σπίνου ζέβρα επηρέασαν τον τρόπο έκφρασης των πρωτεϊνών στα μάτια και τον εγκέφαλο του ζώου. Λαμβάνοντας συνθήματα από προηγούμενες μελέτες που αφορούσαν το Cry4 και το μπλε φως, οι ερευνητές υπέθεσαν ότι εάν μια πρωτεΐνη εμπλέκεται στη μαγνητοδεκτικότητα, τότε τα επίπεδα πρωτεΐνης δεν θα κυμαίνονταν κατά τη διάρκεια της ημέρας. Εάν μια πρωτεΐνη δεν εμπλέκεται στη μαγνητολήψη, θα πρέπει να παρουσιάζει διακυμάνσεις.

«Υποθέτουμε ότι τα πουλιά χρησιμοποιούν μαγνητικές πυξίδες οποιαδήποτε ώρα της ημέρας ή της νύχτας», εξήγησε η Rachel Muheim, βιολόγος του Πανεπιστημίου του Lund και συν-συγγραφέας της εφημερίδας.

Όπως υπέθεσαν οι ερευνητές, τα επίπεδα του Cry4 παρέμειναν σχετικά σταθερά όλη την ημέρα, ενώ τα επίπεδα του Cry1 και του Cry2 κυμάνθηκαν από το πρωί έως το βράδυ. Τα αποτελέσματα της μελέτης της ομάδας του Πανεπιστημίου Lund υποστηρίχθηκαν από την εργασία που έγινε στο Πανεπιστήμιο Όλντενμπουργκ. Οι ερευνητές που μελέτησαν ευρωπαϊκούς κοκκινολαίμηδες διαπίστωσαν επίσης ότι τα επίπεδα του Cry4 παρέμειναν σχετικά σταθερά καθ' όλη τη διάρκεια μιας περιόδου 24 ωρών, αν και τα επίπεδα του Cry4 άλλαξαν σε μια βασική κατάσταση. Κατά τη διάρκεια της μεταναστευτικής περιόδου, τα επίπεδα του Cry4 αυξήθηκαν σε σύγκριση με το βασικό επίπεδο.

Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου Όλντενμπουργκ βρήκαν και κάτι άλλο ενδιαφέρον. Η μελέτη διαπίστωσε ότι τα επίπεδα του Cry4 ήταν συγκεντρωμένα σε μια περιοχή των ματιών του κοκκινολαίμη που λάμβανε το μεγαλύτερο μέρος του εισερχόμενου φωτός. Αυτό θα ήταν λογικό καθώς περισσότερη έκθεση στο φως θα βοηθούσε το Cry4 να λειτουργήσει ως πυξίδα.

Αν και τα στοιχεία φαίνονται πειστικά, απέχουν πολύ από το να είναι πειστικά αυτή τη στιγμή. Θα πρέπει να γίνει περισσότερη έρευνα για το θέμα. Περιπλέκοντας το θέμα είναι το γεγονός ότι και οι δύο άλλες πρωτεΐνες που συμμετείχαν στις μελέτες, η Cry1 και η Cry2, έχουν συσχετιστεί και οι δύο με τη μαγνητοδεκτικότητα σε άλλα ζώα. Ορισμένοι τύποι τσούχτρας κήπου πιστεύεται ότι χρησιμοποιούν το Cry1 για πλοήγηση μέσω μαγνητοδεκτικότητας.

Ριζικά ηλεκτρόνια ανίχνευσης

Όσο για τον ακριβή μηχανισμό πίσω από τον τρόπο με τον οποίο τα πουλιά χρησιμοποιούν το Cry4 για να πλοηγηθούν, περιλαμβάνει την κβαντική μηχανική. Τα ηλεκτρόνια που αποτελούν συστατικά των ατόμων έχουν μια ιδιότητα γνωστή ως «σπιν». Το σπιν ενός ηλεκτρονίου μπορεί να είναι σε θέση «πάνω» ή «κάτω» και αυτές οι δύο θέσεις σημαίνουν ότι τα ηλεκτρόνια μπορούν να λειτουργήσουν σαν μαγνήτες. Τα ηλεκτρόνια ζευγαρώνουν μεταξύ τους όταν μπορούν, όπως και οι μαγνήτες, ωστόσο ορισμένα μόρια έχουν περιττό αριθμό ηλεκτρονίων. Αυτό σημαίνει ότι ορισμένα από τα ηλεκτρόνια δεν είναι ζευγαρωμένα και απλώς επιπλέουν ελεύθερα (μερικές φορές αναφέρονται ως «ριζικά» μόρια).

Τα μόρια με ελεύθερα ηλεκτρόνια μπορούν να ταλαντεύονται εμπρός και πίσω μεταξύ «δείχνοντας» την ίδια κατεύθυνση ή αντίθετες κατευθύνσεις. Το σχετικά ασθενές μαγνητικό πεδίο της Γης μπορεί να είναι αρκετά ισχυρό για να επηρεάσει αυτή τη διαδικασία, αλλάζοντας αυτό που συμβαίνει στα μόρια των ριζών. Οι ρίζες θα μπορούσαν να συνδυαστούν σε ένα άλλο, πιο πολύπλοκο μόριο ή να παραμείνουν διαχωρισμένες, ανάλογα με τις μικρές διακυμάνσεις στο μαγνητικό πεδίο.

Αυτή η διαδικασία που συμβαίνει στα μάτια ενός πουλιού, όπου μια πρωτεΐνη όπως η Cry4 θα μπορούσε να τους επιτρέψει να «βλέπουν» τις αλλαγές που προκαλούνται από το μαγνητικό πεδίο της Γης, θα μπορούσε να εξηγήσει τον τρόπο πλοήγησης ορισμένων πτηνών. Η μελέτη πτηνών που δεν έχουν την πρωτεΐνη Cry4 για να δούμε αν τα πουλιά εξακολουθούν να φαίνεται να έχουν εσωτερικό σύστημα προσανατολισμού μπορεί να είναι ένα καλό επόμενο βήμα.

Ανθρώπινη δραστηριότητα και πλοήγηση πτηνών

Η έρευνα θα μπορούσε επίσης να έχει κάποιες συνέπειες για το πώς οι άνθρωποι επηρεάζουν διάφορα είδη πτηνών. Εάν το Cry4 εξαρτάται από το φως για την ερμηνεία των διακυμάνσεων στο μαγνητικό πεδίο της Γης, μπορεί να εξηγήσει γιατί τα τεχνητά φώτα των πόλεων μπορούν να διαταράξουν τα μεταναστευτικά πρότυπα των πτηνών. Ο τεχνητός φωτισμός μπορεί να πετάξει τα πουλιά από τα μεταναστευτικά τους μονοπάτια ή να τα κάνει να πετάξουν μέσα σε κτίρια. Το φως από τις μεγάλες πόλεις μπορεί να φανεί έως και 200 ​​χιλιόμετρα, ή 125 μίλια μακριά. Αυτή η θεωρία οδήγησε ορισμένους ερευνητές να αναρωτηθούν εάν είναι δυνατό να σχεδιαστούν «πράσινα» φώτα για πουλιά, φώτα που εκπέμπουν λιγότερη φωτορύπανση και επομένως αποτελούν μικρότερη απειλή για τα πουλιά και πολλά νυκτόβια ζώα.

Δεν είναι μόνο η φωτορύπανση που μπορεί να κάνει τη μετανάστευση πιο δύσκολη για τα πουλιά, πράγματα όπως η ηχορύπανση και η ποσότητα παρεμβολών που προέρχεται από πολλά ηλεκτρονικά (καθώς και ραδιοσήματα AM) μπορούν επίσης να εμποδίσουν τα πουλιά να χρησιμοποιήσουν τις εσωτερικές τους πυξίδες για να προσανατολιστούν.

Ο Henrik Mouritsen, ο οποίος συνέβαλε στη μελέτη του Πανεπιστημίου του Όλντενμπουργκ, έκανε μια προηγούμενη μελέτη που εξέταζε πώς τα τεχνητά ηλεκτρομαγνητικά πεδία μπορούν να αποπροσανατολίσουν τα αποδημητικά πουλιά. Ο Mouritsen και η ομάδα του ανακάλυψαν ότι οι ευρωπαίοι κοκκινολαίμηδες στο πείραμά τους ήταν αποπροσανατολισμένοι και δεν μπορούσαν να βρουν την κατάλληλη μεταναστευτική οδό. Αφού θωράκισαν τα πουλιά σε μια ξύλινη καλύβα καλυμμένη με ηλεκτρικά γειωμένες πλάκες αλουμινίου, τα πουλιά μπόρεσαν να προσανατολιστούν σωστά.

Ο Mouritsen εξέφρασε την ανησυχία του τότε:

Η ελπίδα είναι ότι καθώς μαθαίνουμε περισσότερα για το πώς ζουν τα ζώα και πλοηγούνται στον κόσμο τους, μπορούμε να σχεδιάσουμε συστήματα που ελαχιστοποιούν τις ακούσιες επιπτώσεις μας σε αυτά.