Квантовата теория може да обясни начина, по който прелетните птици използват магнитното поле на Земята (снимка: CC0 Public Domain)
Отдавна висящи въпроси за начина, по който мигриращите птици навигират, днес намират отговори от европейски учени чрез изследване на очни молекули и квантовото царство.
от Гарет Уилмър
Сиво-кафявите молци богонг може да не се отличават с привлекателна външност, но всяка година те извършват нощно пътешествие, което заслужава внимание. Милиарди от тях прелитат цели 1000 километра от равнини в източна Австралия до планински пещери, за да избягат от летните горещини.
В края на септември до 17 000 молци пристигат от местата си за размножаване и запълват всеки квадратен метър от пещерните стени, където остават в спящо състояние в югоизточна планинска верига, известна като Австралийските Алпи.
Шесто чувство
„Ако влезете в тези пещери през лятото, обикновено гледката наподобява рибени люспи“, казва професор Ерик Уорънт, биолог от Университета в Лунд, Швеция. „Абсолютно невероятно е.“
През есента молците се връщат обратно, за да се чифтосат, да снесат яйца и да умрат. Тяхното потомство повтаря пътуването, без никакъв опит за това — подвиг, който от дълго време озадачава изследователите.
Макар да е известно, че насекоми, птици, костенурки и риби могат да се придвижват, като използват земното магнитно поле, конкретните механизми, използвани за активиране на това „шесто чувство“, остават загадка. Същото се отнася и за връзката с други възможни сензорни сигнали.
По-добрите знания в тази област могат да подкрепят усилията за опазване на природата и да помогнат за предотвратяване на ширещите се загуби на биологично разнообразие предвид предупрежденията от учени, че светът е изправен пред шесто масово измиране на видове.
През 2019 г. популацията на молеца богонг е претърпяла срив от 99,5 % в резултат от настъпила суша. Макар че броят им оттогава се увеличи, той все още остава малък в сравнение с този преди това.
Критично важни видове
Молците имат решаващо значение за развитието на растенията, които те опрашват, както и за дивите животни, които разчитат на тях за храна. Едно от тези животни е критично застрашеният планински опосум пигмей.
„Молецът богонг е ключов вид в алпийската екосистема, ето защо неговото оцеляване е от критично значение“, казва Уорънт.
Той ръководи проект, получил финансиране от ЕС, за да разкрие някои от тайните на способностите за навигиране на молците богонг. Наречен MagneticMoth, след шест години работа проектът приключи през август 2023 г.
Екипът на Уорънт поставя мигриращи молци богонг във външен симулатор на летене. По този начин изследователите потвърждават, че молците наистина използват магнитното поле на Земята за навигиране.
Следващата задача била да се разбере как молците правят това и къде се намират отговорните за това механизми.
Екипът изследва молекули, наречени криптохроми. Доказателства при птиците сочат, че е възможно криптохромите, намиращи се в очите, да им позволяват да „виждат“ магнитни полета.
Макар че все още предстои да излязат окончателните резултати от генетичния анализ на проекта, Уорънт е убеден, че те ще потвърдят, че при молците богонг отговорни за магнитната чувствителност са криптохромите.
Звездна изненада
Екипът прави и открития, които отвеждат нещата в нови посоки.
„Открихме няколко нови неща, които според мен в действителност са по-вълнуващи от тази чувствителност“, казва Уорънт.
Едно от тях е, че в допълнение към магнитното поле на Земята молците богонг използват звездите за навигиране. В лабораторни условия техните мозъчни клетки реагират на въртенето на проектирано нощно небе.
Уорънт казва, че способността да се използват сигнали от нощното небе за придвижване в конкретна посока на компаса, преди това е известна само при хората и някои видове птици, мигриращи през нощта. Молците притежават тази способност въпреки много по-малката си глава.
„Молците изглеждат способни да поемат към наследената посока на мигриране под звездно небе дори ако премахнем магнитното поле на Земята“, казва Уорънт. „Като гледате това мъничко насекомо с мозък, чийто обем е една десета от оризовото зърно, и очи, по-малки от главичка на карфица — фактът, че могат да направят това, е изненадващ.“
Установените факти подсказват, че е възможно молците богонг да използват за навигиране „йерархия“ на сигналите със способност да разчитат на различни сигнали, когато някои от тях липсват. При по-нататъшни изследвания Уорънт предполага, че звездите може да се окажат дори доминиращият сигнал.
Квантови идеи
Разбирането на начина, по който прелетните птици използват магнитното поле на Земята, също е предизвикателство, което има отражение върху усилията за опазване на природата.
Това отчасти се дължи на факта, че магнитните взаимодействия, за които става въпрос, изглеждат твърде слаби, за да задействат необходимите химични реакции.
Сега обаче вниманието се насочва към едно възможно обяснение: атомната и субатомната „квантова“ скала, при която поведението на материята не следва обичайните правила.
„Съществува квантово-механичен механизъм, чрез който такива слаби магнитни взаимодействия могат да влияят върху химията“, казва професор Питър Хор, химик към Университета в Оксфорд, Великобритания.
Той изследва тази възможност като координатор на финансиран от ЕС проект, наречен QuantumBirds. Проектът се изпълнява в продължение на шест години, до края на март 2025 г.
Синя светлина
Както при молците богонг, фокусът е върху криптохромите, служещи на птиците като компас за навигиране по време на миграцията.
Наименованието „криптохроми“ произлиза от гръцки и означава „скрит цвят“. Това са чувствителни към синята светлина молекули, които се намират в определени животни и за които се смята, че участват в чувствителността към магнитно поле при редица видове.
„Прелетните птици имат поне шест различни криптохрома в очите си“, казва Хор. „Необходимо е да разберем кой от тях най-вероятно усеща магнитното поле.“
Екипът се спира на кандидат, наречен криптохром 4а — Cry4aа — по няколко причини, включително променящите се нива на протеина при нощно мигриращите европейски червеношийки.
„Криптохромът 4а показва сезонни вариации с по-високи нива през пролетта и есента“, казва Хор. „Това показва, че има съответствие с мигрирането.“
Като изследва Cry4a в лабораторни култури, екипът на QuantumBirds намира доказателства, че молекулата наистина е магнитно чувствителна — дори много повече от същите протеини в немигриращите гълъби и пилета.
Макар че са необходими тестове с Cry4a при живи червеношийки, за да се потвърди, че точно това е механизмът, резултатите според Хор са обещаващи.
„Този криптохром изглежда притежава правилните свойства, за да бъде основата на магнитния компас на птиците“, казва той.
Инстинктът за прибиране у дома
Разбирането как прелетните птици навигират, може да е от основно значение за бъдещото опазване на видовете, особено като имаме предвид, че е трудно те да бъдат премествани поради инстинкта, който имат, да летят обратно към местообитанието си, според Хор.
„Ако можем да разберем механизмите, които използват за навигиране, може би ще можем да ги излъжем да мислят, че искат да останат там, където ги поставим“, казва той.
В това отношение Уорънт от Университета в Лунд казва, че по-доброто познаване на начина, по-който съществата, в това число молецът богонг, навигират, може да доведе до разработването на алтернативни на GPS навигационни системи, които хората могат да използват.
Да разберем инстинкта за прибиране у дома на молците, заедно с водещата роля, която имат в екосистемата, е още една причина да осигурим защитата им.
„Повишаването на информираността, че дори едно скромно насекомо си струва да бъде спасено, е важна стъпка в правилната посока“, казва Уорънт.
Изследванията в тази статия са финансирани от ЕС. Статията е публикувана за пръв път в Horizon, списанието за изследвания и иновации на ЕС.