Une nouvelle étude suggère que les oiseaux utilisent la mécanique quantique pour voir les champs magnétiques

Illustration pour un article intitulé Birds Use Quantum Mechanics to See Magnetic Fields, de nouvelles recherches suggèrent

Clarification: Corinna Langbrick et Ilya Solov-Yov

De nombreux oiseaux ont un sixième sens. Non, ne pas voir les morts : ils détectent le champ magnétique terrestre, une capacité qui leur permet de revenir aux mêmes endroits, année après année, lors de la migration saisonnière. Maintenant, les scientifiques sont plus près d’identifier le mécanisme que nos amis à plumes utilisent pour détecter le champ magnétique de la Terre – et cela implique la mécanique quantique à leurs yeux.

Une équipe de recherche, dirigée par des scientifiques de l’Université d’Oldenburg en Allemagne et de l’Université d’Oxford, a étudié une protéine connue sous le nom de cryptochrome-4 trouvée dans la rétine des oiseaux. Depuis 20 ans, les experts supposent que cette protéine agit comme le capteur magnétique d’un oiseau, une boussole microscopique qui oriente l’oiseau dans une direction précise. La protéine participe à des réactions chimiques qui produisent des quantités variables de nouvelles molécules qui dépendent de la direction du champ magnétique terrestre. Les neurones de l’oiseau finissent par réagir à la quantité de ces molécules pour rediriger l’animal. « Mais personne ne peut confirmer ou vérifier cela en laboratoire », a déclaré le biologiste Jingjing Shu de l’Université d’Oldenburg en Allemagne.

Dans une étape vers la confirmation, l’équipe de Xu a maintenant observé, en détail, comment la protéine réagit aux champs magnétiques lorsqu’elle est isolée dans un tube à essai. « Cet article a spécifiquement ajouté une importante pile de preuves à l’appui du mécanisme de codage », a déclaré Eric Warrant, neurologue à l’Université de Lund, qui n’était pas impliqué dans l’étude.

Les chercheurs ont étudié le cryptochrome-4 qu’ils produisent eux-mêmes, plutôt que des protéines extraites de vrais oiseaux. Pour fabriquer le cryptochrome-4, ils y ont inséré des instructions d’ADN pour la production de protéines. bactéries coli bactéries. Les bactéries ont lu les instructions et ont fabriqué les protéines. « La protéine que vous obtenez des bactéries est identique à celle trouvée chez les oiseaux », a déclaré le biologiste Henrik Mouritsen de l’Université d’Oldenburg.

Ensuite, l’équipe a organisé et observé la protéine subissant des réactions chimiques à l’intérieur d’un tube à essai placé dans des champs magnétiques environ cent fois plus puissants. Depuis la terre. En comparant les types de protéines trouvées dans différentes espèces d’oiseaux, ils ont découvert que le cryptochrome-4 chez un rouge-gorge européen migrateur est plus sensible aux champs magnétiques que le cryptochrome-4 trouvé chez les poulets et les pigeons, qui ne migrent pas. De plus, leurs observations ont indiqué que le cryptochrome-4 pourrait stimuler l’activité neuronale – et donc la communication avec le cerveau de l’oiseau – grâce à ses réactions chimiques. « Le [reaction products] Il existe assez longtemps et est produit en quantités suffisantes pour servir de matériel de signal », a déclaré Warrant.

L’équipe a voulu mieux comprendre comment la protéine active les neurones des oiseaux. À cette fin, ils ont simulé les réactions chimiques du cryptochrome-4 sur un ordinateur. Ces interactions, qui modifient la forme et la structure de la protéine, impliquent le mouvement d’électrons uniques, ce qui signifie que nous sommes dans le domaine de la mécanique quantique.

Dans ces réactions, la lumière frappe et déforme la protéine, qui est constituée d’une série de molécules repliées sur elle-même. Cette distorsion fait que les électrons d’une partie de la chaîne sautent d’une liaison à une autre pour former une paire de molécules. Ces deux molécules ont un nombre impair d’électrons qui s’apparient – laissant un électron non apparié. Ensuite, les deux électrons non appariés de chaque molécule forment un binaire, les spins quantiques pointant dans des directions opposées.

C’est là qu’intervient la mécanique quantique. Les spins des deux électrons commencent à osciller, avec un électron basculant dans la direction de sorte que leurs spins s’alignent, puis retournant vers l’arrière, environ un million de fois par seconde. Lorsque les spins des électrons sont alignés, ils créent plus de réactions de réaction auxquelles les neurones doivent répondre que lorsque les spins sont opposés. Le temps que les électrons passent ou non en alignement dépend de la direction du champ magnétique. Ainsi, la réponse du neurone d’un oiseau dépend de la direction du champ magnétique. Semblable à la façon dont les neurones de nos yeux réagissent à différentes longueurs d’onde de la lumière et envoient des informations à notre cerveau qui sont interprétées comme des couleurs, il est plausible que les neurones des oiseaux transmettent des informations sur les champs magnétiques – permettant ainsi aux oiseaux de voir les champs magnétiques et de les parcourir .

C’est une étape importante vers l’étude du rôle du cryptochrome-4 dans la détection magnétique, d’autant plus que la compréhension des scientifiques de ce sentiment est dérisoire par rapport à leur connaissance des autres sens, tels que la vision et l’ouïe. « La façon dont les animaux perçoivent les champs magnétiques est un mystère », a déclaré Warrant. « Nous ne savons pas grand-chose à ce sujet. C’est un autre grand Saint Graal en biologie sensorielle. »

La nouvelle recherche s’appuie sur les travaux du début des années 1960, lorsque des scientifiques ont placé des rouges-gorges européens dans une chambre en acier sombre et ont découvert qu’ils réorientaient leur direction en fonction de champs magnétiques faibles. Depuis lors, les chercheurs n’ont cessé de travailler pour lier le comportement des oiseaux à leur biologie. Dans cette étude, l’équipe de Mouritsen s’est appuyée sur une nouvelle technique d’observation de systèmes microscopiques capables de capturer les changements de vitesse d’une nanoseconde dans une protéine pour surveiller les détails des réactions chimiques.

Cependant, l’étude ne prouve pas de manière concluante que les oiseaux utilisent le cryptochrome-4 pour détecter les champs magnétiques. Pour ce faire, les chercheurs doivent éventuellement étudier la protéine tout en travaillant à l’intérieur d’un oiseau vivant. « Nous y travaillons », a déclaré Moritsyn. « Mais je ne peux vous garantir aucun calendrier pour cela parce que c’est très difficile. » C’est un travail difficile, mais au moins ça va dans le bon sens.

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