毎年、地球上の何十億もの鳥が自然界で最も驚くべき旅の一つを行っています。小さなスズメから巨大なガチョウまで、鳥たちは何千キロも飛び、迷うことなく大陸や海を横断します。
その中には、一度も渡りをしたことのない若い鳥が、いまだに驚くほど正確に越冬地への道を見つけることができるものも数多くいます。
鳥の目にある魔法のタンパク質
科学者たちは何十年もこの謎を解明しようと試みてきました。鳥は太陽、星、身近なランドマーク、そして特に地球の磁場といった多くの環境からの手がかりを頼りに航行していることが分かっています。
しかし、鳥がどのようにしてこの目に見えない磁場を感知できるのかという問題は、依然として大きな謎のままです。新たな研究によると、その答えは意外な場所にあるかもしれません。それは、渡り鳥の網膜に存在するクリプトクロム（略してCRY4）と呼ばれる特殊なタンパク質です。
針が正しい方向を指し示す通常のコンパスとは異なり、このタンパク質はまったく異なる、はるかに複雑なメカニズムで機能します。
青色光が鳥の目に当たると、CRY4タンパク質が活性化され、独特な化学反応の連鎖が起こります。このプロセスにより、科学者が「フリーラジカルペア」と呼ぶ、不対電子を持つ2つの分子が生成されます。
これらの孤立した電子は、スピンと呼ばれる量子特性のおかげで、小さな磁石のように機能します。
ヨーロッパコマドリは厳しい冬を避けるために、大陸間を渡り歩く困難な旅をします。ヨーロッパコマドリをはじめとする多くの鳥は、その航路を定めるために、量子もつれを利用して地球の磁場を「読み取る」ことができると考えられています（写真：Pbs）。
興味深いことに、これら 2 つの電子は独立して存在するのではなく、「量子もつれ」と呼ばれる奇妙な量子現象によって結びついています。これは、物理学者のアルバート アインシュタインがかつて「不気味な遠隔作用」と呼んだ現象と同じです。
2 つの粒子が絡み合っている場合、粒子間の距離に関係なく、一方の粒子の状態がもう一方の粒子に即座に影響を及ぼします。
目に見えないものを「見る」
現在の仮説によれば、地球の磁場はこれらの「もつれ合った」電子対の量子状態に影響を与える可能性がある。
量子状態の変化は、鳥の脳が理解できる生物学的信号に変換されます。言い換えれば、鳥は磁場を、通常の視野に重ね合わせたパターンや影として実際に「見る」ことができるのです。
地球の周りの目に見えない磁力線が見える特殊なメガネをかけているようなものです。鳥にとっては、これらの磁力線は暗い縞と明るい縞のように見え、南北を判別し、地球上での自分の位置を正確に把握するのに役立ちます。
実験室からの証拠
2021年、東京大学の科学者らは初めてこの量子反応を実験室で直接観察した。
研究者たちは、微弱な光に対して極めて敏感な特殊な顕微鏡を使用して、クリプトクロムを含む人間の細胞が磁場に反応する様子を観察した。
結果は、磁場が掃引されるたびに細胞の発光が約 3.5% 減少することを示しており、これは直接的な反応を実証するのに十分でした。
巨大粒子検出器は、素粒子レベルでの相互作用を捉えることができる（写真：東京）。
2021年6月にネイチャー誌に掲載された別の研究は、さらに強力な証拠を提供した。
研究者らは、ヨーロッパコマドリの眼からCRY4タンパク質を単離し、実験室環境下で実際に磁場に敏感であることを実証しました。鳥類のクリプトクロムタンパク質が磁場を感知する能力を持つことを科学者が実証したのは、今回が初めてです。
驚くべき感度
科学者たちを最も驚かせたのは、このシステムの並外れた感度でした。実験では、ヨーロッパコマドリは地球の磁場の最大3000分の1の弱い人工磁場によっても方向感覚を乱される可能性があることが示されました。
それはほとんど想像できないレベルの感度です。嵐の吹き荒れる部屋に埃が一粒落ちるのを感じるのと同等です。
この感度は、フリーラジカル対システムが「量子もつれ」状態を「かなり長い」期間（約 100 マイクロ秒）維持する場合にのみ説明できます。
この数字は信じられないほど短い（1万分の1秒）ように聞こえるかもしれませんが、量子の世界では信じられないほど長い時間です。
強力な真空や極低温といった理想的な実験室環境下でも、科学者は人工的な量子もつれを数ナノ秒しか維持することができません。
伝統的な概念に挑戦する
この発見は、量子物理学と生物学の境界に関する従来の概念に疑問を投げかけるものです。
数十年にわたって、科学者たちは、量子効果はあまりにも脆弱で、簡単に破壊されるため、生物システムの暖かく、ノイズが多く、混沌とした環境では生き残れないと信じていました。
しかし、自然は生命に役立てるために最も微妙な物理的原理を利用する方法を見つけたようです。
「自然は、量子状態を私たちの予想よりもはるかに長く、実験室で実現できるよりもはるかに長く持続させる方法を発見したようです。誰もそれが可能だとは思っていませんでした」と、ヘリオット・ワット大学の量子科学者、エリック・ゲーガー氏は述べた。
鳥だけじゃない
この研究は鳥類に焦点を当てているが、磁場を感知する能力は翼のある種に限定されない可能性がある。
ウミガメ、ミツバチ、そしておそらくイヌなど、他の動物も同様のメカニズムを利用している可能性があります。一部の研究では、人間の目にクリプトクロムタンパク質が存在すると示唆されていますが、磁場を感知する能力（もし存在するとすれば）は、進化の過程で大幅に低下したと考えられます。
実際、研究者が人々を暗い部屋に入れて周囲の磁場を変化させたところ、一部の人々は視覚に小さな変化が見られると報告した。
しかし、これらの報告は依然として議論の余地があり、確認するにはさらなる研究が必要です。
より大きな意味
鳥類における量子ナビゲーションの発見は、単なる興味深い自然現象ではありません。量子生物学と呼ばれる全く新しい分野への扉を開くものです。量子生物学とは、生命のプロセスにおける量子力学の役割を研究する科学の一分野です。
生物システムが量子効果を確実に活用できるようになれば、生命に関する私たちの理解に革命をもたらす可能性があります。光合成、嗅覚、そしておそらく意識といった他の生物学的プロセスも、私たちがまだ十分に解明していない形で量子力学に関わっている可能性があります。
鳥が量子力学をどのように利用して航行するのかを理解することは、技術的な進歩につながる可能性がある。
科学者たちは、同じ原理に基づいた超高感度磁気センサーの開発可能性を研究しています。このようなデバイスは、医療（体内の異常の早期発見など）から地質学（鉱物探査）、さらには量子コンピューティングまで、あらゆる分野への応用が期待されます。
さらに、この研究は自然環境保護の重要性も強調しています。都市からの光害や電子機器からの電磁波は、鳥類の繊細な量子コンパスを乱し、渡りや生存能力に影響を与える可能性があります。
物語はまだ終わっていない
大きな進歩にもかかわらず、多くの疑問は未解明のままです。鳥の脳は量子情報をどのようにして航行の判断へと変換するのでしょうか？
なぜ鳥の中には、他の鳥よりもこの能力に優れた鳥がいるのでしょうか？そして、生物界には、私たちがまだ知らない他の量子メカニズムが働いているのでしょうか？
それぞれの答えは新たな疑問を呼び起こすが、一つ確かなことは、量子物理学と生物学の境界線がますます曖昧になっているということだ。空を舞う小さな鳥たちは、単なる渡り鳥ではない。宇宙の最も深い秘密の一つを担っているのだ。
鳥類の量子航法の物語は、私たちの周りの世界が目に見えるよりもはるかに複雑で驚異的であることを改めて思い起こさせてくれます。私たちが教科書に載っている量子力学の抽象的な概念にまだ苦労している一方で、自然界は何百万年もの間、これらの原理を静かに利用してきました。
これは現実の本質について考え直すきっかけとなる。小さなコマドリが「量子もつれ」を利用して家に帰れるのなら、自然界には他にどれだけの量子的な秘密が隠されているのだろうか？
おそらく、量子の世界は、研究室の中にだけ存在する異質な世界ではなく、鳥の飛行から人間の心の中の思考にまで及ぶ、日常生活の目に見えない基盤なのでしょう。
空を見上げて渡り鳥の群れを目にしたとき、彼らはただ飛んでいるのではなく、抽象的な量子原理を実用的な生存ツールに変える、科学で知られる最も洗練されたメカニズムの 1 つを使って移動していることを思い出してください。
これは進化の驚異を証明するものであり、宇宙の仕組みをより完全かつ正確に理解するために人類が学び続ける必要のある多くの謎が自然にはまだ残っていることを思い出させてくれます。
出典: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/khi-loai-chim-nhin-thay-tu-truong-trai-dat-bi-an-luong-tu-trong-tu-nhien-20250715124733875.htm
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