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Una proteína que se encuentra en los ojos de los petirrojos europeos (en la imagen) podría ayudar a estas aves a distinguir el norte del sur en sus migraciones. Esta proteína responde a los campos magnéticos en experimentos de laboratorio, informan los investigadores. Francis C. Franklin / CC-BY-SA-3.0 |
Los científicos podrían estar un paso más cerca de entender cómo algunas aves podrían aprovechar la física cuántica para navegar.
Los investigadores sospechan que algunos pájaros cantores utilizan una "brújula cuántica" que detecta el campo magnético de la Tierra, lo que les ayuda a distinguir el norte del sur durante sus migraciones anuales (SN: 4/3/18). Nuevas mediciones apoyan la idea de que una proteína en los ojos de las aves llamada criptocromo 4, o CRY4, podría servir como sensor magnético. Se cree que la sensibilidad magnética de esa proteína se basa en la mecánica cuántica, la matemática que describe los procesos físicos a escala de átomos y electrones (SN: 27/06/16). Si se demuestra que la idea es correcta, sería un paso adelante para los biofísicos que quieren entender cómo y cuándo los principios cuánticos pueden ser importantes en varios procesos biológicos.
En experimentos de laboratorio, el tipo de CRY4 en las retinas de los petirrojos europeos (Erithacus rubecula) respondió a los campos magnéticos, informan los investigadores en la revista Nature del 24 de junio. Se trata de una propiedad crucial para que sirva de brújula. "Este es el primer artículo que demuestra que el criptocromo 4 de las aves es sensible al magnetismo", afirma la bióloga sensorial Rachel Muheim, de la Universidad de Lund (Suecia), que no participó en la investigación.
Los científicos creen que la capacidad de detección magnética del CRY4 se inicia cuando la luz azul incide sobre la proteína. Esa luz desencadena una serie de reacciones que hacen circular un electrón, dando lugar a dos electrones no apareados en diferentes partes de la proteína. Estos electrones solitarios se comportan como pequeños imanes, gracias a una propiedad cuántica de los electrones llamada espín.
Los imanes de los dos electrones pueden apuntar en paralelo o en direcciones opuestas. Pero la física cuántica dicta que los electrones no se establecen en ninguna de las dos disposiciones. Más bien existen en un limbo llamado superposición cuántica, que describe sólo la probabilidad de encontrar los electrones en cualquiera de las dos configuraciones.
Los campos magnéticos cambian esas probabilidades. Esto, a su vez, afecta a la probabilidad de que la proteína forme una versión alterada en lugar de volver a su estado original. Es posible que las aves puedan determinar su orientación en un campo magnético en función de la cantidad de proteína alterada que se produzca, aunque ese proceso aún no se comprende. "¿Cómo lo percibe el pájaro? No lo sabemos", afirma el químico Peter Hore, de la Universidad de Oxford, coautor del nuevo estudio.
La idea de que los criptocromos desempeñan un papel en las brújulas internas de las aves existe desde hace décadas, pero "nadie ha podido confirmarlo experimentalmente", dice Jingjing Xu, de la Universidad de Oldenburg (Alemania). Por eso, en el nuevo estudio, Xu, Hore y sus colegas observaron lo que ocurría cuando las proteínas aisladas recibían un impacto de luz láser azul. Tras el pulso láser, los investigadores midieron la cantidad de luz que absorbía la muestra. En el caso del robin CRY4, la adición de un campo magnético cambió la cantidad de absorbencia, señal de que el campo magnético estaba afectando a la cantidad de la forma alterada de la proteína que se producía.
Cuando los investigadores realizaron la misma prueba con la CRY4 encontrada en pollos y palomas no migratorias, el campo magnético tuvo poco efecto. La mayor respuesta al campo magnético en la CRY4 de un ave migratoria "podría sugerir que tal vez haya algo realmente especial en los criptocromos de las aves migratorias que la utilizan como brújula", afirma el biofísico Thorsten Ritz, de la Universidad de California en Irvine.
Pero las pruebas de laboratorio con pollos y palomas han demostrado que esas aves pueden percibir los campos magnéticos, señalan Ritz y Muheim. No está claro si la mayor sensibilidad del CRY4 del petirrojo en las pruebas de laboratorio es resultado de la presión evolutiva para que las aves migratorias tengan un mejor sensor magnético.
Un factor que dificulta la interpretación de los resultados es que los experimentos con proteínas aisladas no se corresponden con las condiciones de los ojos de las aves. Por ejemplo, según Xu, los científicos creen que las proteínas pueden estar alineadas en una dirección dentro de la retina. Para esclarecer aún más el proceso, los investigadores esperan realizar futuros estudios en retinas reales, para obtener una visión literal a vista de pájaro.
Creditos y fuentes:
J. Xu et al. Magnetic sensitivity of cryptochrome 4 from a migratory songbird. Nature. Vol. 594, 24 June 2021, p. 535. doi: 10.1038/s41586-021-03618-9.