A questo punto sappiamo che ci sono specie che possono navigare usando il campo magnetico terrestre. Gli uccelli usano questa capacità nelle loro migrazioni a lunga distanza e l'elenco di tali specie continua ad allungarsi, ora includendo talpe, tartarughe , aragoste e persino
cani . Ma esattamente come possono farlo rimane poco chiaro.
Gli scienziati hanno osservato per la prima volta cambiamenti nel magnetismo che provocano una reazione biomeccanica nelle cellule. E se questo non è abbastanza interessante, le cellule coinvolte nella ricerca erano cellule umane, fornendo supporto a teorie che noi stessi possiamo avere quello che serve per andare in giro usando il campo magnetico del pianeta.
La ricerca è pubblicata in PNAS.
Ricercatori Jonathan Woodward e Noboru Ikeya nel loro laboratorioCredito: © Xu Tao, CC BY-SA
Il fenomeno osservato dagli scienziati dell'Università di Tokyo corrispondeva alle previsioni di una teoria avanzata nel 1975 da Klaus Schulten dell'Istituto Max Planck. Schulten ha proposto il meccanismo attraverso il quale anche un campo magnetico molto debole, come quello del nostro pianeta, potrebbe influenzare le reazioni chimiche nelle loro cellule, consentendo agli uccelli di percepire le linee magnetiche e navigare come sembra.
L'idea di Shulten aveva a che fare con le coppie radicali. Un radicale è una molecola con un numero dispari di elettroni. Quando due di questi elettroni appartenenti a molecole diverse si intrecciano, formano una coppia di radicali. Poiché non esiste una connessione fisica tra gli elettroni, la loro relazione di breve durata appartiene al regno della meccanica quantistica.
Per quanto breve sia la loro associazione, è abbastanza lunga da influenzare le reazioni chimiche delle loro molecole. Gli elettroni entangled possono ruotare esattamente in sincronia l'uno con l'altro o esattamente l'uno di fronte all'altro. Nel primo caso, le reazioni chimiche sono lente. In quest'ultimo caso, sono più veloci.
Cellule HeLa (a sinistra), che mostrano la fluorescenza causata dalla luce blu (al centro), primo piano della fluorescenza (a destra)Credito: © Ikeya e Woodward, CC BY, originariamente pubblicato in PNAS DOI: 10.1073/pnas.2018043118
Ricerche precedenti hanno rivelato che alcune cellule animali contengono criptocromi, proteine sensibili ai campi magnetici. C'è un sottoinsieme di questi chiamato “flavins ”, molecole che brillano, o autofluorescono, quando esposte alla luce blu. I ricercatori hanno lavorato con cellule HeLa umane (cellule del cancro cervicale umano), perché sono ricche di flavine. Ciò li rende di particolare interesse perché sembra che la navigazione geomagnetica sia sensibile alla luce .
Quando vengono colpiti dalla luce blu, i flavini si illuminano o producono coppie radicali: ciò che accade è un atto di bilanciamento in cui più lenta è la rotazione delle coppie, meno molecole sono libere e disponibili per la fluorescenza.
Per l'esperimento, le cellule HeLa sono state irradiate con luce blu per circa 40 secondi, facendole diventare fluorescenti. Le aspettative dei ricercatori erano che questa luce fluorescente portasse alla generazione di coppie radicali.
Poiché il magnetismo può influenzare lo spin degli elettroni, ogni quattro secondi gli scienziati hanno fatto scorrere un magnete sulle cellule. Hanno osservato che la loro fluorescenza si attenuava di circa il 3,5%ogni volta che lo facevano, come mostrato nell'immagine all'inizio di questo articolo.
La loro interpretazione è che la presenza del magnete abbia causato l'allineamento degli elettroni nelle coppie radicali, rallentando le reazioni chimiche nella cellula in modo che ci fossero meno molecole disponibili per produrre fluorescenza.
La versione breve: il magnete ha causato un cambiamento quantico nelle coppie radicali che ha soppresso la capacità del flavino di emettere fluorescenza.
Jonathan Woodward dell'Università di Tokyo , autore dello studio con il dottorando Noboru Ikeya, spiega cosa c'è di così eccitante nell'esperimento:
“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.”
Nota: “Non abbiamo modificato o aggiunto nulla a queste celle. Riteniamo di avere prove estremamente solide di aver osservato un processo puramente meccanico quantistico che influenza l'attività chimica a livello cellulare.”
