Птицы видят магнитное поле Земли

Молекула, которую обычно связывают с повреждением клеток, старением и рядом заболеваний, играет ключевую роль в ориентации перелетных птиц по магнитному полю Земли. Такой вывод сделали Клаус Шультен (Klaus Schulten) из университета Иллинойса (University of Illinois at Urbana-Champaign) и Илья Соловьев из Франкфуртского института передовых исследований (FIAS).

Еще в начале века Шультен и его коллеги обнаружили, что некоторые химические реакции могут регулироваться даже слабым магнитным полем. Главное, чтобы эти реакции проходили достаточно быстро, успевая "почувствовать" влияние квантово-механических сил, сдвигающих в ту или иную сторону спин электронов, в свою очередь, перепрыгивающих тогда с молекулы на молекулу.

Основываясь на этом открытии, в 2000 году Клаус предположил, что белок криптохром (фоторецептор для синего света, который можно найти в глазах животных) играет главную роль в восприятии птицами геомагнитного поля. Мол, криптохром в глазах птиц откликается на перемену направления силовых линий, посылая визуальный сигнал в кору мозга.

Позднее способность птиц буквально видеть поле, была подтверждена опытным путем. Но детали работы криптохрома в роли компаса оставались совершенно неясными. Ведь для того чтобы компас работал, белок должен быстро-быстро переключаться между сигнальным и неактивным состоянием, а для этого ему нужна молекула-партнер, способная включать "реверс" у индуцируемой магнитным полем Земли реакции.

Этот недостающий ключ и нашел Соловьев.

Таинственным компонентом "глазного компаса" оказался cупероксид (O2-1). В небольших количествах этот короткоживущий радикал постоянно образуется в клетках, однако если его генерируется чуть больше - начинается оксидативный стресс, приводящий к клеточным повреждениям со всеми вытекающими.

Интересно, что открытие было сделано благодаря ошибке ученого. Соловьев не знал о токсичности супероксида для живой клетки и потому даже без тени сомнения рассматривал его как идеального партнера для криптохрома.

Работавший вместе с Соловьевым Шультен поначалу отнесся к предположению коллеги скептически. "Но потом я понял, что токсичность супероксида фактически имеет решающее значение для его роли, - заявил Клаус. - Тело имеет множество механизмов для снижения концентрации супероксида, чтобы предотвратить его разрушительное воздействие. Но это дает преимущество, так как молекулы должны присутствовать при низких концентрациях, но не слишком низких, дабы биохимический компас работал эффективно".

Шультен и Соловьев объяснили, каким образом пара криптохром-супероксид жонглирует своими электронами в ответ на воздействие геомагнитного поля. Они высчитали, что данная комбинация чувствительна к сверхтонкому взаимодействию довольно слабенького внешнего поля и спиновой динамики в биомолекулах. Также исследователи показали, что для работы живого компаса достаточно относительно малых концентраций свободного радикала кислорода в клетке.

Но почему тогда люди не видят магнитное поле? Ведь в наших глазах тоже есть и криптохром, и та же самая реактивная форма кислорода? Все дело в точном содержании O2-1 - поясняет Шультен. По его словам, "наши тела пытаются играть в более безопасную игру" (в сравнении с птицами) и супероксида в наших глазах - несколько меньше, то есть уже недостаточно для запуска описанных реакций и визуализации магнитного поля планеты.

"Эволюция человека выбрала долголетие, пожертвовав ориентационной способностью", - пояснил ученый.