Het roodborstje en andere vogels weten waar ze moeten migreren door de richting van het aardmagnetisch veld te voelen. Onderzoekers hebben dit vermogen onlangs toegeschreven aan een chemische reactie die plaatsvindt in het oog en waarvan het succes afhangt van de veldrichting. Echter, Onderzoekers van de Universiteit van Oxford rapporteren 3 oktober in Biofysisch tijdschrift dat de huidige vorm van dit "radicalenpaarmechanisme" niet gevoelig genoeg is om de verstoring van het vogelmagneetkompas door bepaalde radiofrequente magnetische velden te verklaren, nieuwe vragen oproepen over dit populaire voorbeeld van kwantumbiologie.

Onder de meeste reactieomstandigheden met de meeste moleculen, Het magnetisch veld van de aarde is veel te zwak - ongeveer 200 keer zwakker dan een koelkastmagneet - om enige invloed te hebben op de hoeveelheid geproduceerde producten. Maar onder speciale reactieomstandigheden, een uitbarsting van energie, misschien van een lichtbron, creëert twee kortlevende radicalen - verbindingen met elk één ongepaard elektron. Deze hoogenergetische tussenproducten, en bijgevolg het resultaat van de reactie, zijn vrij gevoelig voor zelfs zwakke magnetische velden. In vogelogen, geschikte radicalen worden verondersteld te worden gegenereerd binnen cryptochrome, een lichtabsorberend eiwit dat een nog niet geïdentificeerd signaalmolecuul produceert in een hoeveelheid die wordt bepaald door de veldrichting, resulterend in een aviair magnetisch kompas.

"Het radicale-paarmechanisme van magnetoreceptie is nog steeds slechts een hypothese, en misschien wel het beste bewijs dat we er tot nu toe voor hebben, is het effect van tijdsafhankelijke radiofrequente magnetische velden op het vermogen van trekvogels om de richting van het aardmagnetisch veld te detecteren, " zegt senior auteur Peter Hore, een biofysisch chemicus uit Oxford, gespecialiseerd in magnetische invloeden op chemische reacties.

Experimentele studies naar verstoring van het magnetische kompas van vogels hebben grotendeels gebruik gemaakt van twee verschillende soorten veldfrequenties. Eén benadering omvat een veld dat oscilleert met een enkele frequentie, terwijl de andere breedbandruis gebruikt, verspreid over een reeks frequenties. Daten, experimenteel bewijs is er niet in geslaagd overeenstemming te bereiken over welke opstellingen de aviaire navigatie daadwerkelijk in de war brengen en in welke mate.

Geconfronteerd met de tegenstrijdige hoeveelheid experimenteel werk, de onderzoekers namen een computationele benadering van het probleem en ontwierpen een nieuwe methode om de effecten van breedband radioruis langs de routes van de vogels te simuleren. Ze pasten deze methode en analoge reeds bestaande methoden voor straling met één frequentie toe op drie plausibele radicaalparen die zich binnen cryptochroom zouden kunnen vormen en reageren op veranderingen in magnetische intensiteit.

Hoewel de simulaties aantoonden dat identieke radiofrequentiecondities verschillende spingevoeligheidspatronen oplegden voor de verschillende voorgestelde radicalenparen, de onderzoekers stelden vast dat het huidige experimentele bewijs onvoldoende is om één verantwoordelijk radicaal paar uit de keuzes te identificeren. "Zelfs met genereuze veronderstellingen over de eigenschappen van de radicalen, we voorspellen kleine effecten van deze radiofrequentievelden, en de belangrijkste conclusie die we trekken is dat het huidige begrip van het radicale-paarmodel geen van de gerapporteerde gedragsresultaten kan verklaren, "zegt Hore.

Dit onvermogen om de experimentele prestaties van het magnetische kompas van vogels te verklaren, roept een hele reeks vragen op. Deze omvatten de algemene validiteit van het radicale-paarmechanisme, of vogels zijn geëvolueerd om minieme magnetische veranderingen te kunnen detecteren en zo vatbaar zijn geworden voor door de mens geproduceerde radioruis als neveneffect, of zelfs of toegepaste elektromagnetische velden een ander gedrag - zoals motivatie - helemaal zouden kunnen beïnvloeden.

"Het is mogelijk dat we gewoon tegen de verkeerde boom blaffen en dat er een heel ander mechanisme is, " zegt Hore. "Ik denk liever dat er een aspect van het mechanisme is dat we volledig missen dat het effect van tijdsafhankelijke magnetische velden op de radicale paren versterkt en ze gevoeliger maakt voor veranderingen dan onze simulaties voorspellen."

Om de werking van het kompas voor eens en voor altijd te verhelderen, de onderzoekers stellen een aantal experimentele omstandigheden voor, geïnspireerd op gevallen die ze met hun rekenmethoden hebben geanalyseerd. Vooral, ze identificeren banden van radiofrequente ruis die nog niet zijn onderzocht in gedragsexperimenten en voorspellen dat deze specifieke biologisch plausibele radicalen aanzienlijk zouden beïnvloeden.

"Die experimenten zullen waarschijnlijk behoorlijk uitdagend zijn vanwege de betrokken hoogfrequente velden, maar hun uitkomst zou ons uiteindelijk moeten vertellen of het een mechanisme van een radicaal paar is of niet, en als dat zo is, wat de radicalen zijn, "zegt Hore.