Magnetsko osjetilo ptica

Svake jeseni milijuni malih ptica pjevica kreću noću na jug, mnoge prvi put u životu i same. Crvendać koji se izlegao u Skandinaviji zna u kojem smjeru mora letjeti, iako nikada nije bio u Španjolskoj ni u sjevernoj Africi. Ptice se orijentiraju prema Suncu, zvijezdama i znamenitostima krajolika, ali i prema nečemu što čovjek uopće ne osjeća: Zemljinu magnetskom polju.

Crvendaći u kavezu

U kavezu se ptica selica u doba selidbe ne smiri. Noću skakuće i maše krilima, i to uglavnom u smjeru u kojem bi letjela da je na slobodi. Biolozi to zovu selidbenim nemirom i godinama su ga koristili kao mjeru: ako se okrene smjer koji ptica prati, okrenuo se i njezin kompas.

Wolfgang i Roswitha Wiltschko sa Sveučilišta u Frankfurtu promatrali su selidbeni nemir crvendaća u umjetno promijenjenom magnetskom polju. U radu u časopisu Science 1972. pokazali su nešto neočekivano. Kompas crvendaća ne razlikuje sjeverni i južni magnetski pol, kao igla kompasa. Ptica umjesto toga osjeća nagib silnica polja prema tlu. Silnice su na sjevernoj polutki nagnute prema dolje u smjeru sjevera, pa ptica za "sjever" uzima smjer u kojem silnice i smjer sile teže zatvaraju manji kut. Kad je nagib okrenut, ptice su se okrenule za njim.

Kasnija istraživanja pokazala su da kompas ovisi o svjetlu, pa je bilo jasno da ima veze s vidom. Kako točno radi, ostalo je otvoreno.

Kvantni kompas u oku

Njemački fizičar Klaus Schulten predložio je krajem sedamdesetih da bi magnetsko osjetilo moglo počivati na kemijskoj reakciji koju pokreće svjetlo. Kad svjetlo pogodi određenu molekulu, može nastati par molekula s nesparenim elektronima, takozvani radikalni par. Elektroni u paru imaju svojstvo koje se zove spin, a o odnosu njihovih spinova ovisi u što će se par dalje pretvoriti. Na taj odnos utječe i vanjsko magnetsko polje, čak i polje slabo kao Zemljino. Ako su takve molekule u oku poredane pravilno, polje bi mijenjalo ishod reakcije ovisno o smjeru u kojem ptica gleda.

Ritz, Adem i Schulten 2000. su izračunali da bi to moglo raditi i predložili molekulu: kriptokrom, bjelančevinu osjetljivu na plavo svjetlo, koja se nalazi u mrežnici. Ptica bi tada polje možda doslovno "vidjela", kao svjetliju ili tamniju mrlju u vidnom polju.

Hipoteza je dobila potporu 2004. Ritz i suradnici, među njima i Wiltschkovi, izložili su crvendaće vrlo slabom polju koje titra milijunima puta u sekundi. Crvendaći su izgubili orijentaciju, i to ovisno o kutu između titrajućeg i Zemljina polja. Prema autorima, takav učinak odgovara kemijskom kompasu s radikalnim parovima, a ne kompasu od magnetita.

Godine 2021. međunarodni tim od 36 istraživača (prvo ime na radu: Jingjing Xu) proizveo je u laboratoriju kriptokrom 4 crvendaća. Pokazali su da su kemijske reakcije te bjelančevine osjetljive na magnetsko polje, i to više nego kod kriptokroma kokoši i goluba, ptica koje ne sele noću. Je li kriptokrom 4 doista osjetilo u živom oku, još nije dokazano.

Magnet u kljunu

Druga hipoteza tražila je magnetit, magnetski mineral željeza koji neke bakterije koriste kao kompas. Početkom 21. stoljeća više je radova izvijestilo da u gornjem dijelu kljuna golubova postoje živčani završeci s česticama željeza. Godine 2012. tim istraživača (prvo ime na radu: Christoph Daniel Treiber) snimio je kljunove golubova magnetskom rezonancijom i računalnom tomografijom, izradio njihov trodimenzionalni zemljovid i pokazao da su stanice bogate željezom zapravo makrofagi, stanice imunosnog sustava koje skupljaju željezo, a ne osjetne stanice. Broj i položaj tih stanica razlikovali su se od ptice do ptice. Magnetsko osjetilo s magnetitom kod ptica nije pronađeno, ali nije ni isključeno.

Šum iz grada

Godine 2014. tim sa Sveučilišta u Oldenburgu (prvo ime na radu: Svenja Engels) objavio je neočekivan rezultat. Crvendaći u drvenim kolibama na sveučilišnom kampusu nisu se mogli orijentirati magnetskim kompasom. Kad su kolibe obložene uzemljenim aluminijem, koji je stotinjak puta prigušio elektromagnetski šum u rasponu od 50 kiloherca do 5 megaherca, ptice su se ponovno orijentirale. Kad je uzemljenje uklonjeno ili je šum namjerno pušten u zaštićene kolibe, kompas je opet prestao raditi. Pokusi su bili dvostruko slijepi: ni oni koji su ocjenjivali ponašanje ptica nisu znali u kakvim su uvjetima bile. Daleko od izvora šuma ptice zaštitu nisu trebale.

Prema hipotezi radikalnih parova, upravo takvo titrajuće polje ometa reakciju u oku.

Kompas i karta

Kompas pokazuje smjer, ali ne i položaj. Ptica koja je vjetrom odnesena daleko od uobičajenog puta treba znati gdje se nalazi, a za to su potrebne i neke vrste karte. U preglednom radu Henrika Mouritsena iz 2018. navedeno je dvadeset važnih neriješenih pitanja o tome kako životinje nalaze put na velike udaljenosti. Jedno od njih je odakle dolazi informacija o magnetskoj karti: jakost i nagib polja razlikuju se od mjesta do mjesta, ali osjetilo koje bi ih mjerilo dovoljno precizno dosad nije pronađeno.