Ежегодно миллиарды птиц по всей планете совершают одно из самых удивительных путешествий в природе: от крошечных воробьев до гигантских гусей — все они пролетают тысячи километров, пересекая континенты и океаны, ни разу не заблудившись.
Среди них много молодых птиц, которые никогда не совершали миграций, но все же могут с поразительной точностью находить дорогу к местам зимовки.
Волшебный белок в птичьих глазах
Ученые пытаются разгадать эту загадку уже несколько десятилетий. Они знают, что птицы ориентируются по множеству внешних признаков, таких как солнце, звезды, знакомые ориентиры и, особенно, магнитное поле Земли.
Но вопрос о том, как птицы чувствуют это невидимое магнитное поле, остаётся большой загадкой. Ответ, согласно новому исследованию, может скрываться в неожиданном месте: в особом белке под названием криптохром, или сокращённо CRY4, обнаруженном в сетчатке глаз перелётных птиц.
В отличие от обычного компаса со стрелкой, указывающей правильное направление, этот белок работает по совершенно иному и гораздо более сложному механизму.
Когда синий свет попадает в глаз птицы, он активирует белок CRY4 и запускает уникальную цепочку химических реакций. В результате этого процесса образуются так называемые учёные «свободнорадикальные пары» — две молекулы с неспаренными электронами.
Эти одинокие электроны действуют как крошечные магниты благодаря квантовому свойству, называемому спином.
Европейские малиновки совершают трудные межконтинентальные миграции, чтобы избежать суровых зим. Чтобы ориентироваться, эти и многие другие птицы могут использовать квантовую запутанность для «считывания» магнитного поля Земли (Фото: Pbs).
Интересно, что эти два электрона не существуют независимо, а связаны друг с другом посредством странного квантового явления, называемого «квантовой запутанностью» — того же явления, которое физик Альберт Эйнштейн когда-то назвал «жутким действием на расстоянии».
Когда две частицы запутаны, состояние одной частицы мгновенно повлияет на другую, независимо от расстояния между ними.
«Видение» невидимого
Согласно современным гипотезам, магнитное поле Земли может влиять на квантовое состояние этих «запутанных» электронных пар.
Изменения квантового состояния затем преобразуются в биологические сигналы, понятные мозгу птицы. Другими словами, птицы могут «видеть» магнитное поле как узоры или тени, наложенные на их обычное поле зрения.
Представьте, что вы надели специальные очки, которые позволяют видеть невидимые линии магнитного поля вокруг Земли. Для птиц эти линии могут выглядеть как тёмные и светлые полосы, помогая им определять север и юг и точно определять своё положение на планете.
Данные из лаборатории
В 2021 году ученые Токийского университета впервые непосредственно наблюдали эту квантовую реакцию в лабораторных условиях.
Используя специальный микроскоп, чрезвычайно чувствительный к слабому освещению, они наблюдали, как человеческие клетки, содержащие криптохром, реагируют на магнитные поля.
Результаты показали, что каждый раз при воздействии магнитного поля свечение клетки уменьшалось примерно на 3,5%, что достаточно для демонстрации прямой реакции.
Детектор гигантских частиц может фиксировать взаимодействия на субатомном уровне (Фото: Токио).
Другое исследование, опубликованное в журнале Nature в июне 2021 года, предоставило еще более убедительные доказательства.
Исследователи выделили белок CRY4 из глаз европейских малиновок и продемонстрировали его чувствительность к магнитным полям в лабораторных условиях. Это первый случай, когда учёным удалось продемонстрировать способность птичьего криптохромного белка чувствовать магнитные поля.
Удивительная чувствительность
Больше всего учёных удивила необычайная чувствительность системы. Эксперименты показали, что ориентация европейской малиновки может быть нарушена искусственными магнитными полями, которые в 3000 раз слабее земных.
Это почти невообразимый уровень чувствительности — эквивалент способности почувствовать падение пылинки в комнате, охваченной бурей.
Эту чувствительность можно объяснить только в том случае, если система пар свободных радикалов сохраняет свое состояние «квантовой запутанности» в течение «довольно длительного» периода времени — около 100 микросекунд.
Хотя это число может показаться невероятно коротким (всего одна десятитысячная секунды), в квантовом мире это невероятный промежуток времени.
Даже в идеальных лабораторных условиях с сильным вакуумом или крайне низкими температурами ученые могут поддерживать искусственную квантовую запутанность лишь в течение нескольких наносекунд.
Оспаривание традиционных концепций
Это открытие бросает вызов традиционному представлению о границе между квантовой физикой и биологией.
На протяжении десятилетий ученые считали, что квантовые эффекты слишком хрупкие и легко разрушаемые, чтобы выжить в теплой, шумной и хаотичной среде биологических систем.
Однако, похоже, природа нашла способ использовать самые тонкие физические принципы во благо жизни.
«Похоже, природа нашла способ сделать квантовые состояния длительными гораздо дольше, чем мы ожидали; и гораздо дольше, чем мы можем сделать в лаборатории. Никто не думал, что это возможно», — сказал Эрик Гогер, учёный-квантолог из Университета Хериот-Ватт.
Не только птицы
Хотя исследование было сосредоточено на птицах, способность ощущать магнитные поля может быть свойственна не только крылатым видам.
Другие животные, такие как морские черепахи, медоносные пчёлы и, возможно, даже собаки, могут использовать подобные механизмы. Некоторые исследования даже предполагают наличие криптохромных белков в глазах человека, хотя наша способность ощущать магнитные поля (если она у нас вообще есть) значительно снизилась в ходе эволюции.
На самом деле, когда исследователи помещали людей в темные комнаты и меняли окружающее магнитное поле, некоторые из них сообщали о небольших изменениях в своем зрении.
Однако эти сообщения остаются спорными, и для их подтверждения необходимы дополнительные исследования.
Более широкий смысл
Открытие квантовой навигации у птиц — это не просто интересный рассказ о природе. Оно открывает путь к совершенно новой области — квантовой биологии — разделу науки, изучающему роль квантовой механики в жизненных процессах.
Если биологические системы смогут надёжно использовать квантовые эффекты, это может произвести революцию в нашем понимании жизни. Другие биологические процессы, такие как фотосинтез, обоняние и, возможно, даже сознание, также могут быть связаны с квантовой механикой, но в ещё не до конца изученном нами смысле.
Понимание того, как птицы используют квантовую механику для навигации, может привести к технологическому прорыву.
Учёные изучают возможность разработки сверхчувствительных магнитных датчиков, основанных на том же принципе. Такие устройства могут найти применение в самых разных областях: от медицины (например, для раннего выявления патологий организма) до геологии (разведки месторождений полезных ископаемых) и даже квантовых вычислений.
Кроме того, в этом исследовании подчёркивается важность защиты окружающей среды. Световое загрязнение городов и электромагнитные волны от электронных устройств могут нарушить работу тонкого квантового компаса птиц, что скажется на их способности к миграции и выживанию.
История еще не закончена.
Несмотря на значительный прогресс, многие вопросы остаются без ответа. Как именно мозг птицы преобразует квантовую информацию в навигационные решения?
Почему одни птицы справляются с этим лучше других? И существуют ли в биологическом мире другие квантовые механизмы, о которых мы пока не знаем?
Каждый ответ открывает новые вопросы, но одно несомненно: грань между квантовой физикой и биологией становится всё более размытой. Крошечные птицы, парящие в небе, не просто совершают обычный перелёт — они несут в себе одну из самых сокровенных тайн Вселенной.
История квантовой навигации у птиц напоминает нам, что мир вокруг нас гораздо сложнее и удивительнее, чем кажется на первый взгляд. Пока мы всё ещё с трудом осваиваем абстрактные концепции квантовой механики в учебниках, природа уже миллионы лет безмолвно использует эти принципы.
Это заставляет нас переосмыслить природу реальности. Если крошечная малиновка может использовать «квантовую запутанность», чтобы найти дорогу домой, сколько ещё квантовых тайн таит в себе мир природы?
Возможно, квантовый мир — это не инопланетное царство, существующее только в лабораториях, а невидимая основа повседневной жизни, от полета птицы до, возможно, даже мыслей в человеческом сознании.
Когда вы смотрите на небо и видите стаи перелетных птиц, помните, что они не просто летают — они ориентируются, используя один из самых сложных механизмов, известных науке, который превращает абстрактные квантовые принципы в практический инструмент выживания.
Это свидетельство чуда эволюции и напоминание о том, что природа все еще хранит множество тайн, которые людям необходимо продолжать познавать, чтобы обрести более полное и точное понимание того, как устроена Вселенная.
Источник: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/khi-loai-chim-nhin-thay-tu-truong-trai-dat-bi-an-luong-tu-trong-tu-nhien-20250715124733875.htm
Комментарий (0)