Как перелетные птицы находят путь через тысячи километров? Ответ может лежать в квантовой физике
Способность перелетных птиц, таких как малиновка или славка, преодолевать тысячи километров и безошибочно возвращаться в одно и то же место — одна из величайших загадок природы. Они ориентируются по солнцу и звездам, но что они делают в пасмурную погоду? Ученые все больше склоняются к выводу, что у птиц есть встроенный «квантовый компас», который позволяет им в буквальном смысле видеть магнитное поле Земли.
Эта удивительная гипотеза основана на сложном явлении, известном как механизм радикальных пар. Согласно этой теории, в глазах птиц (а точнее, в сетчатке) есть особые белки — криптохромы. Когда на этот белок попадает фотон света, он запускает химическую реакцию, в результате которой образуется пара электронов с запутанными спинами. Спин — это собственное квантовое свойство частицы, которое можно представить как крошечный внутренний магнитик.
И вот тут начинается самое интересное. На то, как долго эти два электрона будут оставаться в «запутанном» состоянии, напрямую влияет внешнее магнитное поле. В зависимости от того, под каким углом птица смотрит на силовые линии магнитного поля Земли, эта пара электронов будет вести себя по-разному. Это, в свою очередь, влияет на химические реакции в сетчатке, в результате чего птица видит на фоне обычной картинки мира некую «наложенную» визуальную информацию — например, более темные или светлые пятна, которые показывают ей направление на север.
Проще говоря, птица не чувствует магнитное поле, она его видит как часть пейзажа. Этот «компас» невероятно чувствителен и позволяет ориентироваться даже при очень слабых изменениях магнитного поля.
Долгое время это была лишь красивая теория, но недавние эксперименты придают ей все больше веса. Ученые из Оксфордского и Ольденбургского университетов смогли доказать, что белки-криптохромы действительно чувствительны к магнитным полям. Другие исследования показали, что навигация птиц нарушается в условиях слабого осциллирующего магнитного поля, которое не должно влиять на обычный компас, но способно «сбить с толку» именно квантовые взаимодействия в радикальных парах.
Конечно, многие детали этого механизма еще предстоит изучить. Но сама идея о том, что живые организмы могут использовать тонкие квантовые эффекты для навигации, поражает воображение. Это доказывает, что природа — гораздо более искусный инженер, чем мы могли себе представить, и что самые глубокие тайны биологии могут скрываться в причудливом и удивительном мире квантовой физики.
