Il biologo del Caltech Markus Meister sta contestando una recente ricerca che afferma di aver risolto quello che descrive come "l'ultimo vero mistero della biologia sensoriale":la capacità degli animali di rilevare i campi magnetici. Questo "senso magnetico" fornisce un aiuto alla navigazione a una varietà di organismi, comprese le mosche, piccioni viaggiatori, talpe, e pipistrelli.

In tre articoli separati apparsi su riviste pubblicate dal Nature Publishing Group, team di ricercatori dell'Università di Pechino a Pechino, l'Università della Virginia, e la Rockefeller University di New York costruiscono un caso scientifico, basata sull'esistenza di particolari molecole proteiche cariche di ferro, per come le cellule viventi potrebbero essere influenzate dai campi magnetici. Se corretto, questi risultati aiuterebbero a spiegare come gli animali percepiscono il magnetismo e come le funzioni cellulari potrebbero un giorno essere controllate utilizzando i campi magnetici.

Una proprietà importante del ferro è che può essere magnetizzato come l'ago di una bussola. Poiché le proteine ​​descritte contengono così tanto ferro, l'argomento va, sarebbero influenzati dal campo magnetico terrestre, fornendo un meccanismo attraverso il quale gli organismi potrebbero percepire quel campo.

Il problema, dice Meister, Anne P. e Benjamin F. Biaggini Professore di Scienze Biologiche, è che ciascuna delle proteine ​​descritte nel trio di articoli su Nature non contiene abbastanza ferro per essere influenzata dai campi magnetici.

"Stiamo parlando di una disparità tra cinque e 10 ordini di grandezza. La quantità di ferro nelle molecole non è nemmeno lontanamente sufficiente, "dice Meister, che discute la sua analisi dei tre studi in un articolo pubblicato dalla rivista eLife. Questa differenza è enorme. Meister lo paragona alla pretesa di aver costruito un'auto elettrica che potrebbe funzionare per un anno, con una singola batteria AA.

Dopo aver notato il problema, Meister ha fatto il check-in con i colleghi sul campo, tra cui Joseph Kirschvink (BS, MS '75), Nico e Marilyn Van Wingen Professore di Geobiologia al Caltech, noto per il lavoro sulla magnetoricezione basata sulla magnetite (Fe ₃ oh ₄ ), un minerale di ferro ferromagnetico. Nel 2001, Kirschvink ha pubblicato prove che i cristalli di magnetite negli animali possono svolgere un ruolo nella sensibilità magnetica degli animali. Kirschvink era d'accordo con l'analisi di Meister. "Markus è perfetto, "dice Kirschvink.

In uno dei giornali, pubblicato in Materiali della natura nel novembre 2015, un gruppo guidato da Siying Qin dell'Università di Pechino riporta la scoperta di un complesso proteico a bastoncino ricco di ferro negli occhi del moscerino della frutta Drosophila che, dicono gli autori, potrebbe essere la fonte della magnetorecezione della mosca. Hanno chiamato il complesso MagR, per la proteina magnetorecettrice.

MagR include 40 atomi di ferro. Questi atomi di ferro, dicono i ricercatori dell'Università di Pechino, forniscono un momento magnetico sufficiente (movimento in risposta a un campo magnetico) che circa il 45% delle proteine ​​isolate si orientano con il loro asse lungo lungo il campo geomagnetico. In altre parole, il documento suggerisce che le proteine ​​si allineino in risposta al campo magnetico terrestre in modo che puntino al nord magnetico come l'ago di una bussola.

Però, Meister afferma che le proteine ​​in realtà non hanno un contenuto di ferro sufficiente per essere sensibili ai campi magnetici.

Le particelle di ferro più piccole note per avere un momento magnetico permanente a temperatura ambiente sono cristalli di Fe ₃ oh ₄ , che hanno una dimensione di circa 30 nanometri. Ogni cristallo contiene circa 1 milione di atomi di ferro strettamente impacchettati. Ciò significa che anche se tutti i 40 atomi di ferro in una proteina MagR riescono a collegarsi in qualche modo e ad operare come una singola unità, il momento magnetico risultante della proteina sarebbe ancora troppo piccolo per allinearsi con il campo geomagnetico terrestre a temperatura ambiente. Il magnetismo è impegnato in una battaglia contro l'energia caotica del calore, che lavora per randomizzare l'orientamento del complesso proteico. Questo effetto termico è di circa cinque ordini di grandezza più forte di qualsiasi attrazione magnetica sui 40 atomi di ferro.

"Questa è fisica dietro le quinte, "dice Meister.

Gli altri due giornali—uno in Neuroscienze della natura di Michael Wheeler dell'Università della Virginia e uno in Medicina della natura di Sarah Stanley della Rockefeller University—esplorare la possibilità di meccanismi ingegneristici che utilizzerebbero gli atomi di ferro nelle cellule per controllare i canali ionici.

I canali ionici sono gateway nelle membrane cellulari che consentono il passaggio di ioni attraverso la membrana, trasmettendo così segnali dentro e fuori la cellula. Questi segnali controllano le funzioni cellulari. Per esempio, i canali ionici nelle cellule nervose possono trasmettere segnali di dolore. Essere in grado di aprire e chiudere selettivamente i canali ionici con campi magnetici, piuttosto che con i farmaci, offrirebbe ai medici una tecnica minimamente invasiva per controllare le cellule, ad esempio gestire il dolore senza l'uso di farmaci.

Sia le scoperte di Wheeler che quelle di Stanley dipendono dall'uso della ferritina, un guscio proteico cavo che, ricerche precedenti hanno dimostrato, può essere imballato con ferro. (La maggior parte degli organismi produce naturalmente ferritina per immagazzinare ferro, che è tossico quando fluttua liberamente attraverso le cellule.) Entrambi i gruppi hanno attaccato una sfera di ferritina a un canale ionico che risiede nella membrana cellulare, con l'obiettivo di creare un meccanismo per aprire o chiudere il canale manipolando la palla con campi magnetici. Wheeler propose di tirare fisicamente la palla di ferritina con un campo magnetico, mentre Stanley usava un campo magnetico per riscaldare la ferritina e innescare l'apertura e la chiusura del canale ionico collegato.

Nessuno dei due schemi può funzionare, dice Meister.

Infatti, I calcoli di Meister mostrano che la ferritina è troppo piccola di molti ordini di grandezza per essere influenzata dai campi magnetici. "In entrambi i casi, si può biasimare la scelta della ferritina, " dice Meister. Poiché la ferritina non ha momento magnetico permanente, i campi magnetici interagiscono con esso solo debolmente. "Se gli effetti riportati si sono realmente verificati come descritto, probabilmente non hanno nulla a che fare con la ferritina."

Però, egli propone, potrebbe esserci una via praticabile per controllare la funzione del canale ionico nelle cellule utilizzando particelle magnetiche molto più grandi, come quelli che si trovano in alcuni batteri magnetici.

Sebbene i passi falsi nella scienza siano comuni e in effetti parte del processo scientifico - da qui la necessità di una revisione paritaria per gli articoli - Meister teme che questi annunci possano scoraggiare altri scienziati dal cercare di capire le cause del magnetismo in contesti biologici.

"È come se l'anello di ottone fosse già stato strappato, " Dice Meister. "È fin troppo facile per qualcuno guardarlo e pensare, 'Va bene, Immagino che sia stato risposto. Cercherò di affrontare qualche altro problema, poi.'"

L'articolo di Meister è intitolato "Limiti fisici alla magnetogenetica".