Statistische mechanica laat zien dat sommige dieren het magnetische veld van de aarde kunnen waarnemen met bundels microscopisch kleine haartjes in hun binnenoor.

De exacte mechanismen die dieren gebruiken om de richting van het magnetische veld van de aarde te voelen, zijn lang een mysterie gebleven. Een toonaangevende theorie suggereert dat dit vermogen is gekoppeld aan bundels microscopisch kleine haarcellen in de binnenoren. Door nieuw onderzoek gepubliceerd in The European Physical Journal Special Topics , Kirill Kavokin van de St. Petersburg State University, Rusland, gebruikt statistische analyse om aan te tonen dat ongeveer 100 van deze haarcellen kunnen fungeren als effectieve biologische kompasnaalden, waardoor dieren het magnetische veld eromheen nauwkeurig kunnen waarnemen.

Dit unieke waarnemingsvermogen, dat 'magnetoreceptie' wordt genoemd, wordt aangetroffen bij een breed scala aan gewervelde soorten:van trekvogels tot gravende knaagdieren. Er zijn verschillende mechanismen voorgesteld om dit vermogen te verklaren, maar ondanks meer dan 50 jaar onderzoek is geen van deze nog definitief in de natuur waargenomen.

Een toonaangevende theorie is gebaseerd op bundels haarcellen in het binnenoor, genaamd 'stereocilia'. Volgens dit idee zijn stereocilia bevestigd aan nanokristallen van magnetiet:een op ijzer gebaseerd mineraal dat permanent kan worden gemagnetiseerd en zich uitlijnt met het magnetische veld van de aarde. Naarmate de oriëntatie van het dier verandert, zou magnetiet veranderingen in de oriëntaties van de eraan bevestigde stereocilia forceren. Deze veranderingen kunnen vervolgens worden opgepikt door mechanoreceptoren:zenuwcellen die mechanische druk kunnen detecteren, waardoor het dier een fysiek gevoel van een magnetisch veld krijgt. Toch is het onzeker of deze zenuwcellen gevoelig genoeg zijn om zulke subtiele veranderingen te detecteren.

Om dit idee verder te onderzoeken, bestudeerde Kavokin de fluctuaties van stereocilia in het kader van statistische mechanica, die de wiskundige taal van statistiek toepast op grote groepen microscopische objecten.

Door zijn analyse toonde Kavokin aan dat stereociliabundels inderdaad kunnen werken als zeer gevoelige kompasnaalden, met slechts ongeveer 100 haarcellen die nodig zijn voor mechanoreceptoren om hun fluctuaties op te vangen. Dit intrigerende resultaat zou biologen een stap dichter kunnen brengen bij het begrijpen van de oorsprong van magnetoreceptie en uiteindelijk het identificeren van de verantwoordelijke mechanismen in de natuur. + Verder verkennen

Gentherapie redt defecte haarcellen in het binnenoor die geluid overbrengen