یک حسگر مغناطیسی که از دو الکترون کوانتومی درهم پیچیده تشکیل شده است ، به پرندگان اجازه می دهد تا میدان مغناطیسی زمین را به معنای واقعی ببینند. اکنون نوبورو ایکیا و جاناتان آر. وودوارد از دانشگاه توکیو توانسته اند برای اولین بار نانوکامپاس این سلول را که به اصطلاح جفت رادیکال است مشاهده کنند. همانطور که در “PNAS” گزارش شده است، همان جفت رادیکال درهم پیچیده کوانتومی نیز در فرآیندی به نام خود فلورسانس در سلولهای انسانی ایجاد می شود – و این فرآیند باعث می شود اثر میدان مغناطیسی از طریق نور ساطع شده مستقیماً قابل مشاهده باشد. اگر سلول ها در یک میدان مغناطیسی ضعیف بودند ، روشنایی آنها به طور متوسط ​​3.7 درصد کمتر بود – به گفته نویسندگان ، برای توضیح حس مغناطیسی کافی است.

برای دهه ها ، متخصصان در مورد چگونگی عملکرد این احساس مغناطیسی در پرندگان و سایر حیوانات متحیر بوده اند. میدان مغناطیسی زمین برای بسیاری از حسگرهای مغناطیسی بیولوژیکی بالقوه ضعیف است. بر اساس ملاحظات نظری متبلور می شود یک اثر کوانتومی خوب به عنوان محتمل ترین احتمال ظهور کرد. این اتفاق در یک مولکول فلاوین رخ می دهد که به پروتئین های حساس به نور به نام کریکروکروم متصل است. کاملاً مشهور است که این مولکول ها و نوری که جذب می کنند برای عملکرد قطب نما کاملاً ضروری هستند.

در اثر کوانتومی موجود در پشت احساس مغناطیسی پرندگان ، که به عنوان مکانیسم جفت رادیکال شناخته می شود ، مولکول فلاوین در قلب کریپتوکروم نور آبی را جذب می کند و بنابراین تحریک می شود. سپس یک مولکول دوم یک الکترون منفرد را به فلاوین منتقل کرده و با آن جفت رادیکال را تشکیل می دهد: اکنون هر یک از دو مولکول حامل یک الکترون است که بخشی از یک جفت الکترون پایدار نیست.

با این وجود ، دو الکترون مجزا توسط چرخش الکترون خود به یکدیگر متصل می شوند – نسخه های کوانتومی گشتاور مغناطیسی. آنها می توانند از یک طرف به صورت موازی و از طرف دیگر مخالف یکدیگر باشند. این دو نوع واکنش شیمیایی بسیار متفاوت دارند. با این حال ، دو حالت چرخشی به راحتی می توانند به یکدیگر تبدیل شوند تا واکنش های هر دو حالت اتفاق بیفتد.

رادیکال ها در قلب احساس مغناطیسی

لحظه مهم: با افزودن میدان مغناطیسی ضعیف تغییر می کند. سپس سطح انرژی حالتهای چرخشی جابجا می شود و واکنشهای آنها به نسبتهای مختلف صورت می گیرد. از نظر پرندگان ، نسبت های تغییر یافته محصولات واکنش احتمالاً سیگنالی برای سلول است که چیزی در میدان مغناطیسی تغییر کرده است.

آزمایش ایکیا و وودوارد مبتنی بر این واقعیت است که فلاوین نه تنها در چشم پرندگان به عنوان بخشی از کریپتوکروم بلکه در همه سلولها یافت می شود. آنها از سلولهای تومور انسانی به عنوان مدلهایی استفاده کردند که به راحتی در آزمایشگاه قابل رشد هستند. و با آنها ، نور مناسب فلاوین را به حالت بالاتر می رساند ، اما بیشتر انرژی جذب شده را به عنوان نور خود آزاد می کند. این اثر به عنوان خود فلورسانس شناخته می شود. با این حال ، برخی از فلاوین های هیجان زده نیز تشکیل جفت های رادیکال درهم پیچیده کوانتومی – بدون انتشار نور. و فقط یکی از دو حالت چرخشی احتمالی می تواند به فلاوین اصلی تحریک کننده نور برگردد.