Il pettirosso europeo e altri uccelli sanno dove migrare rilevando la direzione del campo magnetico terrestre. I ricercatori hanno recentemente attribuito questa capacità a una reazione chimica che avviene all'interno dell'occhio e il cui successo dipende dalla direzione del campo. Però, I ricercatori dell'Università di Oxford riferiscono il 3 ottobre in Giornale Biofisico che la forma attuale di questo "meccanismo di coppia radicale" non è abbastanza sensibile da spiegare l'interruzione della bussola magnetica aviaria da parte di determinati campi magnetici a radiofrequenza, sollevando nuove domande su questo popolare esempio di biologia quantistica.

Nella maggior parte delle condizioni di reazione con la maggior parte delle molecole, il campo magnetico terrestre è troppo debole, circa 200 volte più debole di un magnete da frigorifero, per avere un impatto sulla quantità di prodotti prodotti. Ma in particolari circostanze di reazione, una sferzata di energia, forse da una fonte di luce, crea due radicali di breve durata, composti con un elettrone spaiato ciascuno. Questi intermedi ad alta energia, e di conseguenza l'esito della reazione, sono abbastanza sensibili anche a campi magnetici deboli. Negli occhi degli uccelli, si ritiene che i radicali adatti siano generati all'interno del criptocromo, una proteina che assorbe la luce che produce una molecola segnale non ancora identificata in una quantità determinata dalla direzione del campo, risultante in una bussola magnetica aviaria.

"Il meccanismo delle coppie radicali della magnetorecezione è ancora solo un'ipotesi, e probabilmente la migliore prova che abbiamo finora è l'effetto dei campi magnetici a radiofrequenza dipendenti dal tempo sulla capacità degli uccelli migratori di rilevare la direzione del campo magnetico terrestre, ", afferma l'autore senior Peter Hore, un chimico biofisico di Oxford specializzato in influenze magnetiche sulle reazioni chimiche.

Gli studi sperimentali sull'interruzione della bussola magnetica aviaria hanno ampiamente utilizzato due diversi tipi di frequenze di campo. Un approccio prevede un campo che oscilla a una singola frequenza, mentre l'altro utilizza il rumore a banda larga diffuso su una gamma di frequenze. Ad oggi, le prove sperimentali non sono state in grado di concordare su quali configurazioni effettivamente confondano la navigazione aviaria e fino a che punto.

Di fronte al corpo conflittuale del lavoro sperimentale, i ricercatori hanno adottato un approccio computazionale al problema e hanno progettato un nuovo metodo per simulare gli effetti del rumore radio a banda larga lungo le rotte degli uccelli. Hanno applicato questo metodo e metodi analoghi preesistenti per la radiazione a frequenza singola a tre plausibili coppie di radicali che potrebbero formarsi all'interno del criptocromo e rispondere ai cambiamenti nell'intensità magnetica.

Sebbene le simulazioni abbiano mostrato che condizioni di radiofrequenza identiche imponevano diversi modelli di sensibilità allo spin per le diverse coppie di radicali proposte, i ricercatori hanno determinato che le attuali prove sperimentali sono insufficienti per identificare una coppia radicale responsabile tra le scelte. "Anche con generose ipotesi sulle proprietà dei radicali, prevediamo piccoli effetti di questi campi a radiofrequenza, e la conclusione principale a cui arriviamo è che l'attuale comprensione del modello della coppia radicale non può spiegare nessuno dei risultati comportamentali riportati, "dice Hore.

Questa incapacità di spiegare le prestazioni sperimentali della bussola magnetica aviaria solleva tutta una serie di domande. Questi includono la validità complessiva del meccanismo della coppia di radicali, se gli uccelli potrebbero essersi evoluti per essere in grado di rilevare piccoli cambiamenti magnetici e quindi essere diventati suscettibili al rumore radio prodotto dall'uomo come effetto collaterale, o anche se i campi elettromagnetici applicati potrebbero influenzare un comportamento diverso, come la motivazione, nel complesso.

"È possibile che stiamo solo abbaiando sull'albero sbagliato e che ci sia un meccanismo completamente diverso, "Hore dice. "Preferisco pensare che ci sia qualche aspetto del meccanismo che ci manca completamente che amplifica l'effetto dei campi magnetici dipendenti dal tempo sulle coppie radicali e le rende più sensibili ai cambiamenti di quanto previsto dalle nostre simulazioni".

Per aiutare a chiarire una volta per tutte il funzionamento della bussola, i ricercatori propongono una serie di condizioni sperimentali ispirate a casi che hanno analizzato con i loro metodi computazionali. In particolare, identificano bande di rumore a radiofrequenza non ancora studiate in esperimenti comportamentali e prevedono che queste influenzerebbero sostanzialmente specifici radicali biologicamente plausibili.

"Questi esperimenti saranno probabilmente piuttosto impegnativi a causa dei campi ad alta frequenza coinvolti, ma il loro risultato dovrebbe finalmente dirci se si tratta di un meccanismo di coppia radicale o meno, e se lo è, cosa sono i radicali, " dice Hore.