Il “senso quantistico” degli uccelli

Gli uccelli migratori, ma anche altri animali, hanno qualcosa nel loro sistema visivo che consente loro di “vedere” il campo magnetico del nostro pianeta, un trucco intelligente della fisica quantistica e della biochimica che li aiuta a navigare su grandi distanze.

Ora, per la prima volta in assoluto, gli scienziati dell’Università di Tokyo hanno osservato direttamente una reazione chiave ipotizzata dietro i talenti degli uccelli e di molte altre creature per percepire la direzione dei poli del pianeta. Questa ricerca è stata pubblicata sulla rivista PNAS.

La fisica quantistica influenza le cellule

È importante sottolineare che questa è la prova che la fisica quantistica influenza direttamente una reazione biochimica in una cellula. Ciò era stato a lungo ipotizzato ma non era mai stato visto in azione prima.

Utilizzando un microscopio su misura sensibile a deboli lampi di luce, il team ha osservato una coltura di cellule umane, contenente uno speciale materiale sensibile alla luce, rispondere dinamicamente ai cambiamenti in un campo magnetico.

Il cambiamento osservato dai ricercatori in laboratorio corrisponde esattamente a quello che ci si aspetterebbe se un bizzarro effetto quantistico fosse responsabile della reazione illuminante.

“Non abbiamo modificato o aggiunto nulla a queste cellule“,  afferma il  biofisico Jonathan Woodward continuando: “Riteniamo di avere prove estremamente forti che abbiamo osservato un processo puramente meccanico quantistico che influenza l’attività chimica a livello cellulare“.

In che modo le cellule rispondono ai campi magnetici?

Sebbene ci siano diverse ipotesi, molti ricercatori pensano che l’abilità sia dovuta a una reazione quantistica unica che coinvolge fotorecettori chiamati criptocromi.

I cirptocromi si trovano nelle cellule di molte specie e sono coinvolti nella regolazione dei ritmi circadiani. Nelle specie di uccelli migratori, cani e altre specie, sono collegati alla misteriosa capacità di percepire i campi magnetici.

Infatti, mentre la maggior parte di noi non può vedere i campi magnetici, le nostre stesse cellule contengono sicuramente  criptocromi. E ci sono prove che anche se non ne sono coscienti, gli umani sono in realtà ancora in grado di rilevare il magnetismo della Terra.

Esperimento su cellule umane

Per vedere la reazione all’interno dei criptocromi in azione, i ricercatori hanno immerso una coltura di cellule umane contenenti criptocromi nella luce blu che ha causato una debole fluorescenza. Mentre brillavano, il team ha spazzato ripetutamente i campi magnetici di varie frequenze sulle cellule.

Hanno scoperto che ogni volta che il campo magnetico passava sulle cellule, la loro fluorescenza scendeva di circa il 3,5%, abbastanza per mostrare una reazione diretta.

Come può un campo magnetico influenzare un fotorecettore?

Tutto si riduce a qualcosa chiamato spin, una proprietà innata degli elettroni. Lo spin è influenzato in modo significativo dai campi magnetici. Disporre gli elettroni nel modo giusto attorno a un atomo e raccoglierne abbastanza insieme in un unico punto, e la massa di materiale risultante può essere spostata utilizzando nient’altro che un debole campo magnetico come quello che circonda il nostro pianeta.

Campi magnetici e reazioni chimiche

Nel 1975, un ricercatore del Max Planck Institute di nome Klaus Schulten ha sviluppato una teoria su come i campi magnetici potrebbero influenzare le reazioni chimiche.

Ha coinvolto qualcosa chiamato una coppia radicale. Un radicale di varietà da giardino è un elettrone nel guscio esterno di un atomo che non è associato a un secondo elettrone.

A volte questi elettroni scapoli possono adottare un gregario in un altro atomo per formare una coppia radicale. I due rimangono spaiati, ma grazie a una storia condivisa sono considerati impigliati, il che in termini quantistici significa che i loro giri corrisponderanno stranamente, non importa quanto siano distanti.

Un’attività quantistica inquietante

Poiché questa correlazione non può essere spiegata da connessioni fisiche in corso, è puramente un’attività quantistica, qualcosa che persino Albert Einstein considerava “inquietante“.

Nel trambusto di una cellula vivente, il loro intreccio sarà fugace. Ma anche questi giri di correlazione breve dovrebbero durare abbastanza a lungo da fare una sottile differenza nel modo in cui si comportano i rispettivi atomi genitori.

In questo esperimento, quando il campo magnetico è passato sulle cellule, il corrispondente calo di fluorescenza suggerisce che la generazione di coppie di radicali è stata influenzata.

Effetti sulla biologia

Una conseguenza interessante della ricerca potrebbe essere il modo in cui anche campi magnetici deboli potrebbero influenzare indirettamente altri processi biologici. Sebbene le prove del magnetismo che influisce sulla salute umana siano deboli, esperimenti simili potrebbero rivelarsi un’altra strada per le indagini.

“La cosa gioiosa di questa ricerca è vedere che la relazione tra gli spin di due singoli elettroni può avere un effetto importante sulla biologia“, ha detto Woodward.

L’evoluzione delle capacità fisiche

Naturalmente, gli uccelli non sono l’unico animale a fare affidamento sulla nostra magnetosfera per conoscere la direzione. Specie di pesci, vermi, insetti e persino alcuni mammiferi hanno un talento per questo. Noi umani potremmo persino essere influenzati cognitivamente dal debole campo magnetico terrestre.

L’evoluzione di questa capacità potrebbe aver prodotto una serie di azioni molto diverse  basate su una fisica diversa. Avere la prova che almeno uno di loro collega la stranezza del mondo quantistico con il comportamento di un essere vivente è sufficiente per costringerci a chiederci quali altri frammenti di biologia sorgono dalle profondità spettrali della fisica fondamentale.