Se Confirma la Coherencia Cuántica que Subyace a la Magnetorrecepción en Especies Aviares

Las aves pueden ver los campos magnéticos de la Tierra, y por fin sabemos cómo es posible.

Por: Michelle Starr

El misterio de la navegación de los pájaros podría estar finalmente resuelto: no es el hierro de sus picos el que les proporciona una brújula magnética, sino una proteína recientemente descubierta en sus ojos que les permite "ver" los campos magnéticos de la Tierra.

Estos descubrimientos son cortesía de dos nuevos trabajos, uno sobre los petirrojos y otro sobre los pinzones cebra.

La elegante proteína del ojo se llama Cry4 y forma parte de una clase de proteínas llamadas criptocromos, fotorreceptores sensibles a la luz azul que se encuentran tanto en plantas como en animales. Estas proteínas desempeñan un papel en la regulación de los ritmos circadianos (regulating circadian rhythms.).

En los últimos años también se ha demostrado que, en las aves, los criptocromos de sus ojos son responsables de su capacidad para orientarse detectando campos magnéticos, un sentido llamado magnetorrecepción.

Sabemos que las aves sólo pueden percibir los campos magnéticos (only sense magnetic fields ) si se dispone de determinadas longitudes de onda de luz; en concreto, los estudios han demostrado (studies have shown) que la magnetorrecepción aviar parece depender de la luz azul (dependent on blue light).

Esto parece confirmar que se trata de un mecanismo visual, basado en los criptocromos, que pueden ser capaces de detectar los campos debido a la coherencia cuántica (quantum coherence).

Para encontrar más pistas sobre estos criptocromos, dos equipos de biólogos se pusieron a trabajar. Los investigadores de la Universidad de Lund (Suecia) estudiaron a los pinzones cebra, y los de la Universidad Carl von Ossietzky de Oldenburg (Alemania), a los petirrojos europeos.

El equipo de Lund midió la expresión genética de tres criptocromos, Cry1, Cry2 y Cry4, en el cerebro, los músculos y los ojos de los pinzones cebra. Su hipótesis era que los criptocromos asociados a la magnetorrecepción debían mantener una recepción constante a lo largo del día circadiano.

Descubrieron que, como era de esperar para los genes del reloj circadiano, Cry1 y Cry2 fluctuaban diariamente, pero el Cry4 se expresaba en niveles constantes, lo que lo convertía en el candidato más probable para la magnetorrecepción.

Este hallazgo fue respaldado por el estudio del petirrojo, que encontró lo mismo.

"También descubrimos que los ARNm de Cry1a, Cry1b y Cry2 muestran robustos patrones de oscilación circadiana, mientras que el de Cry4 sólo muestra una débil oscilación circadiana", escribieron los investigadores (the researchers wrote).

Pero también hicieron un par de descubrimientos interesantes. El primero es que el Cry4 se agrupa en una región de la retina que recibe mucha luz, lo que tiene sentido para la magnetorrecepción dependiente de la luz.

La otra es que los petirrojos europeos tienen una mayor expresión de Cry4 durante la temporada migratoria, en comparación con los pollos no migratorios.

Ambos grupos de investigadores advierten que se necesita más investigación antes de poder declarar que el Cry4 es la proteína responsable de la magnetorrecepción.

Las pruebas son sólidas, pero no son definitivas, y tanto Cry1 como Cry2 también se han implicado en la magnetorrecepción, el primero en las currucas de jardín  (garden warblers ) y el segundo en las moscas de la fruta (fruit flies).

La observación de aves con Cry4 no funcional podría ayudar a confirmar el papel que parece desempeñar, mientras que serán necesarios otros estudios para averiguar el papel de Cry1.

Imagen: así es como un pájaro podría ver los campos magnéticos.

Entonces, ¿qué ve realmente un pájaro? Bueno, nunca podremos saber cómo se ve el mundo a través de los ojos de otra especie, pero podemos hacer una suposición muy fuerte.

Según los investigadores (According to researchers ) del grupo de Biofísica Teórica y Computacional de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, cuyo investigador Klaus Schulten predijo por primera vez los criptocromos magnetorreceptores en 1978 (first predicted magnetoreceptive cryptochromes in 1978) , éstos podrían proporcionar un "filtro" de campo magnético sobre el campo de visión del ave, como en la imagen de arriba.

El estudio sobre el pinzón cebra se publicó en el Journal of the Royal Society Interface, y el del petirrojo en Current Biology.

Artículo Original : Quantum coherence in magnetoreception confirmed

Referencias adicionales: Magnetic field effect in natural cryptochrome explored with model compound

Más información sobre la magnetorrecepción:

La brújula oculta del cuerpo: ¿qué es y cómo funciona?

Por: Eric Hand.

Ya no se duda de que muchos animales perciben y responden al campo magnético de la Tierra, y es posible que las personas también tengan un sentido magnético (magnetic sense). Pero el funcionamiento de este sexto sentido sigue siendo un misterio. Algunos investigadores afirman que se basa en un mineral de hierro, la magnetita; otros invocan una proteína de la retina llamada criptocromo.

La magnetita ha aparecido en picos de pájaros y narices de peces, e incluso en el cerebro humano, como informó en 1992 Joe Kirschvink, del Instituto Tecnológico de California en Pasadena, y es extremadamente sensible a los campos magnéticos. Por ello, según Kirschvink y otros aficionados, puede indicar a un animal no sólo hacia dónde se dirige (sentido de la brújula), sino también dónde se encuentra. "Una brújula no puede explicar cómo una tortuga marina puede migrar por todo el océano y volver a la misma franja de playa en la que empezó", dice el neurobiólogo Kenneth Lohmann, de la Universidad de Carolina del Norte, en Chapel Hill. El sentido de la brújula es suficiente para que un animal averigüe la latitud, basándose en los cambios de inclinación de las líneas del campo magnético (planas en el ecuador, que se hunden en la tierra en los polos). Pero la longitud requiere detectar variaciones sutiles en la intensidad del campo de un lugar a otro, un sentido adicional de mapa o señalización que la magnetita podría proporcionar, dice Lohmann.

Sin embargo, salvo en las bacterias, nadie ha visto que los cristales de magnetita sirvan de sensor magnético. Los cristales podrían ser otra cosa, por ejemplo, productos de desecho del metabolismo del hierro o una forma de que el cuerpo secuestre metales pesados cancerígenos. A principios de la década de 2000, los científicos encontraron células con magnetita en el pico de las palomas. Pero un estudio de seguimiento descubrió que los supuestos magnetorreceptores eran en realidad células inmunitarias carroñeras que no tenían nada que ver con el sistema neural. Y como no existe una mancha o marcador único para la magnetita, es fácil que se produzcan falsos avistamientos.

El sentido de todo esto

Los científicos que estudian la magnetorrecepción se centran en dos posibles mecanismos: un sensor mecánico basado en el mineral magnético magnetita y un sensor bioquímico basado en la proteína criptocromo.

El criptocromo también ofrece muchas ventajas. Cuando la luz de longitud de onda corta incide sobre él, se convierte en lo que los químicos llaman un "par radical": una molécula que contiene dos electrones no apareados cuyos espines pueden estar alineados o no. Un campo magnético puede hacer que los espines pasen de un estado alineado a otro, cambiando el comportamiento químico de la molécula. En 1978, Klaus Schulten, físico de la Universidad de Illinois, Urbana-Champaign, había sugerido que los animales podían utilizar reacciones de pares de radicales para la magnetorrecepción. Pero no disponía de una molécula que permitiera esas reacciones hasta finales de la década de 1990, cuando los investigadores descubrieron el criptocromo como sensor de luz en las retinas de los mamíferos. La mayoría de los investigadores se centraron en el control del criptocromo sobre los relojes circadianos, pero Schulten sabía que la molécula podía formar un par de radicales. "Este era mi día", dice Schulten. "Por fin tenía un candidato realmente bueno". En el año 2000, publicó un estudio que mostraba cómo los campos magnéticos podían influir en las reacciones del criptocromo para crear manchas claras y oscuras en los campos visuales de las aves.

Un sensor retinal de criptocromo podría explicar por qué la luz azul o verde parece activar las brújulas de las aves pero la luz roja las atasca, o por qué las aves parecen distinguir el norte del sur midiendo los cambios en la inclinación del campo en lugar de leer el campo magnético directamente (el criptocromo no puede "sentir" la polaridad magnética)...

Entonces, ¿quién tiene razón? No tiene por qué ser una cosa o la otra, dice Peter Hore, químico físico de la Universidad de Oxford (Reino Unido), a quien le gusta la idea de que la naturaleza haya desarrollado dos sistemas diferentes de magnetorrecepción. "El sentido del mapa podría ser la magnetita, el sentido de la brújula podría ser los pares radicales", dice. Sería lo mejor de ambos mundos, o al menos la mejor manera de navegar por éste".

Artículo: Body's hidden compass, what it is and how does it work