كل عام، تقوم مليارات الطيور حول العالم بواحدة من أكثر رحلات الطبيعة المذهلة: من العصافير الصغيرة إلى الأوز العملاقة، يطيرون جميعًا آلاف الكيلومترات، ويعبرون القارات والمحيطات دون أن يضيعوا أبدًا.
ومن بين هذه الطيور، لا يزال العديد من الطيور الصغيرة التي لم تهاجر قط قادرة على العثور على طريقها إلى مناطق الشتاء بدقة مذهلة.
البروتين السحري في عيون الطيور
يحاول العلماء حل هذا اللغز منذ عقود. فهم يعلمون أن الطيور تستخدم العديد من الإشارات البيئية، كالشمس والنجوم والمعالم المألوفة، وخاصةً المجال المغناطيسي للأرض، للتنقل.
لكن يبقى السؤال حول كيفية استشعار الطيور لهذا المجال المغناطيسي غير المرئي لغزًا كبيرًا. ووفقًا لبحث جديد، قد يكمن الجواب في مكان غير متوقع: بروتين خاص يُسمى كريبتوكروم، أو اختصارًا CRY4، موجود في شبكية عيون الطيور المهاجرة.
على عكس البوصلة العادية التي تشير إبرتها في الاتجاه الصحيح، يعمل هذا البروتين بآلية مختلفة تمامًا وأكثر تعقيدًا.
عندما يسقط الضوء الأزرق على عين الطائر، يُنشّط بروتين CRY4 ويُطلق سلسلة فريدة من التفاعلات الكيميائية. تُنتج هذه العملية ما يُطلق عليه العلماء "أزواج الجذور الحرة"، وهي جزيئتان بهما إلكترونات غير مُزدوجة.
تتصرف هذه الإلكترونات الوحيدة مثل المغناطيسات الصغيرة بفضل خاصية كمية تسمى الدوران.
تُجري طيور أبو الحناء الأوروبية هجرات شاقة بين القارات لتجنب فصول الشتاء القارس. ولتحديد مسارها، قد تستخدم هذه الطيور، وغيرها الكثير، التشابك الكمي لقراءة المجال المغناطيسي للأرض (الصورة: Pbs).
ومن المثير للاهتمام أن هذين الإلكترونين لا يوجدان بشكل مستقل، بل يرتبطان ببعضهما البعض من خلال ظاهرة كمية غريبة تسمى "التشابك الكمي" - وهي نفس الظاهرة التي أطلق عليها الفيزيائي ألبرت أينشتاين ذات مرة "الفعل المخيف عن بعد".
عندما يتشابك جسمان، فإن حالة أحد الجسيمين ستؤثر بشكل فوري على الجسيم الآخر، بغض النظر عن المسافة بينهما.
"رؤية" غير المرئي
وبحسب الفرضيات الحالية، فإن المجال المغناطيسي للأرض يمكن أن يؤثر على الحالة الكمومية لأزواج الإلكترونات "المتشابكة".
تُحوَّل بعد ذلك تغيرات الحالة الكمومية إلى إشارات بيولوجية يفهمها دماغ الطائر. بمعنى آخر، تستطيع الطيور بالفعل "رؤية" المجال المغناطيسي كأنماط أو ظلال متراكبة على مجال رؤيتها الطبيعي.
تخيل الأمر كأنك ترتدي نظارات خاصة تُمكّنك من رؤية خطوط المجال المغناطيسي غير المرئية حول الأرض. قد تظهر هذه الخطوط للطيور كخطوط داكنة وفاتحة، مما يُساعدها على تحديد الشمال والجنوب وتحديد موقعها بدقة على الكوكب.
الأدلة من المختبر
في عام 2021، قام علماء من جامعة طوكيو بمراقبة هذا التفاعل الكمي بشكل مباشر في المختبر لأول مرة.
وباستخدام مجهر خاص حساس للغاية للضوء المنخفض، شاهد الباحثون الخلايا البشرية التي تحتوي على الكريبتوكروم تستجيب للمجالات المغناطيسية.
وأظهرت النتائج أنه في كل مرة يتم فيها مسح المجال المغناطيسي، ينخفض سطوع الخلية بنحو 3.5% - وهو ما يكفي لإثبات استجابة مباشرة.
كاشف الجسيمات العملاقة يمكنه التقاط التفاعلات على المستوى دون الذري (الصورة: طوكيو).
وقدمت دراسة أخرى نشرت في مجلة نيتشر في يونيو/حزيران 2021 أدلة أقوى.
عزل الباحثون بروتين CRY4 من عيون طيور أبو الحناء الأوروبية، وأثبتوا حساسيته للمجالات المغناطيسية في ظروف المختبر. وهذه هي المرة الأولى التي يُثبت فيها العلماء قدرة بروتين الكريبتوكروم لدى الطيور على استشعار المجالات المغناطيسية.
حساسية مذهلة
أكثر ما أدهش العلماء هو الحساسية الاستثنائية للنظام. أظهرت التجارب أن طيور أبو الحناء الأوروبية قد تتأثر بمجالات مغناطيسية اصطناعية أضعف من مجال الأرض بما يصل إلى 3000 مرة.
إنه مستوى من الحساسية لا يمكن تصوره تقريبًا - وهو يعادل القدرة على الشعور بذرة غبار تسقط في غرفة مليئة بالعاصفة.
لا يمكن تفسير هذه الحساسية إلا إذا حافظ نظام زوج الجذور الحرة على حالة "التشابك الكمي" لفترة "طويلة إلى حد ما" من الزمن - حوالي 100 ميكروثانية.
ورغم أن هذا الرقم قد يبدو قصيراً بشكل لا يصدق (فقط جزء من عشرة آلاف من الثانية)، إلا أنه في عالم الكم يمثل كمية هائلة من الوقت.
حتى في ظروف المختبر المثالية مع الفراغات القوية أو درجات الحرارة المنخفضة للغاية، لا يستطيع العلماء الحفاظ على التشابك الكمي الاصطناعي إلا لبضعة نانوثانية.
تحدي المفاهيم التقليدية
يتحدى هذا الاكتشاف المفهوم التقليدي للحدود بين الفيزياء الكمومية وعلم الأحياء.
لعقود من الزمن، اعتقد العلماء أن التأثيرات الكمومية هشة للغاية ويسهل تعطيلها بحيث لا يمكنها البقاء في البيئة الدافئة والصاخبة والفوضوية للأنظمة البيولوجية.
ولكن يبدو أن الطبيعة قد وجدت طريقة لاستغلال المبادئ الفيزيائية الأكثر دقة لخدمة الحياة.
يبدو أن الطبيعة قد وجدت طريقةً لجعل الحالات الكمومية تدوم لفترة أطول بكثير مما توقعنا، وأطول بكثير مما يمكننا تحقيقه في المختبر. لم يظن أحدٌ أن ذلك ممكن، كما قال إريك غوغر، عالم الكم بجامعة هيريوت-وات.
ليس فقط الطيور
ورغم أن الدراسة ركزت على الطيور، فإن القدرة على استشعار المجالات المغناطيسية قد لا تقتصر على الأنواع المجنحة.
قد تستخدم حيوانات أخرى، مثل السلاحف البحرية ونحل العسل، وربما حتى الكلاب، آليات مماثلة. حتى أن بعض الدراسات تشير إلى أن البشر لديهم بروتينات كريبتوكروم في أعينهم، مع أن قدرتنا على استشعار المجالات المغناطيسية - إن وُجدت - ربما تراجعت بشكل كبير على مدار التطور.
في الواقع، عندما وضع الباحثون أشخاصاً في غرف مظلمة وقاموا بتغيير المجال المغناطيسي المحيط بهم، أفاد بعض الأشخاص برؤية تغييرات صغيرة في رؤيتهم.
ومع ذلك، تظل هذه التقارير مثيرة للجدل، وهناك حاجة إلى مزيد من البحث للتأكد منها.
معنى أكبر
إن اكتشاف الملاحة الكمومية لدى الطيور ليس مجرد قصة طبيعية شيقة، بل إنه يفتح الباب أمام مجال جديد كليًا يُسمى علم الأحياء الكمومي، وهو فرع من العلوم يدرس دور ميكانيكا الكم في العمليات الحيوية.
إذا استطاعت الأنظمة البيولوجية تسخير التأثيرات الكمومية بكفاءة، فقد يُحدث ذلك ثورة في فهمنا للحياة. وقد تشمل عمليات بيولوجية أخرى، مثل التمثيل الضوئي، والشم، وربما حتى الوعي، ميكانيكا الكم بطرق لم نستكشفها بالكامل بعد.
إن فهم كيفية استخدام الطيور لميكانيكا الكم للتنقل قد يؤدي إلى تحقيق اختراقات تكنولوجية.
يدرس العلماء إمكانية تطوير مستشعرات مغناطيسية فائقة الحساسية تعتمد على المبدأ نفسه. يمكن استخدام هذه الأجهزة في مجالات متعددة، بدءًا من الطب (مثل الكشف المبكر عن التشوهات في الجسم) وصولًا إلى الجيولوجيا (التنقيب عن المعادن)، وحتى الحوسبة الكمومية.
علاوة على ذلك، تُشدد هذه الدراسة أيضًا على أهمية حماية البيئة الطبيعية. فالتلوث الضوئي من المدن، والموجات الكهرومغناطيسية من الأجهزة الإلكترونية، يُمكن أن يُعطّلا البوصلة الكمومية الدقيقة للطيور، مما يؤثر على قدرتها على الهجرة والبقاء.
القصة لم تنتهي بعد
رغم التقدم الكبير، لا تزال أسئلة كثيرة دون إجابة. كيف يُحوّل دماغ الطائر المعلومات الكمّية إلى قرارات ملاحية؟
لماذا تتفوق بعض الطيور على غيرها في هذا؟ وهل هناك آليات كمية أخرى تعمل في العالم البيولوجي لا نعرف عنها شيئًا بعد؟
كل إجابة تفتح أسئلة جديدة، لكن المؤكد هو أن الخط الفاصل بين فيزياء الكم وعلم الأحياء يزداد ضبابية. فالطيور الصغيرة التي تحلق في السماء ليست مجرد هجرة روتينية، بل تحمل في طياتها أحد أعمق أسرار الكون.
تُذكّرنا قصة الملاحة الكمومية لدى الطيور بأن العالم من حولنا أكثر تعقيدًا وروعة مما يبدو. فبينما لا نزال نكافح لفهم المفاهيم المجردة لميكانيكا الكم في الكتب المدرسية، كانت الطبيعة تستخدم هذه المبادئ بهدوء منذ ملايين السنين.
هذا يدفعنا لإعادة النظر في طبيعة الواقع. إذا كان طائر أبو الحناء الصغير قادرًا على استغلال "التشابك الكمي" للعثور على طريقه إلى موطنه، فكم من أسرار كمية أخرى مخفية في العالم الطبيعي؟
ربما لا يكون العالم الكمي عالمًا غريبًا موجودًا فقط في المختبرات، بل هو الأساس غير المرئي للحياة اليومية، من طيران الطيور إلى ربما حتى الأفكار في العقل البشري.
عندما تنظر إلى السماء وترى أسراب الطيور المهاجرة، تذكر أنها لا تطير فحسب - بل إنها تتنقل باستخدام واحدة من أكثر الآليات تطوراً المعروفة في العلم والتي تحول المبادئ الكمومية المجردة إلى أداة عملية للبقاء.
إنها شهادة على عجائب التطور وتذكير بأن الطبيعة لا تزال تحتوي على العديد من الألغاز التي يحتاج البشر إلى الاستمرار في تعلمها من أجل الحصول على فهم أكثر اكتمالاً ودقة لكيفية عمل الكون.
المصدر: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/khi-loai-chim-nhin-thay-tu-truong-trai-dat-bi-an-luong-tu-trong-tu-nhien-20250715124733875.htm
تعليق (0)