Ученые впервые напрямую исследовали работу магниточувствительных белков птиц, показав, что на внешнее поле они реагируют благодаря спиновым эффектам из квантовой механики.

Многие животные способны ощущать направления силовых линий магнитного поля. Магниторецепция облегчает ориентацию, а перелетные птицы активно полагаются на нее во время дальних миграций. Показано, что ключевой «антенной», воспринимающей магнитные поля, им служит один из белков группы светочувствительных криптохромов — криптохром-4 (Cry4). Авторы новой статьи, опубликованной в журнале Nature, выяснили, как эта молекула работает, реагируя на магнитные поля.

Химики из команды профессора Оксфордского университета Питера Хора (Peter Hore) проводили эксперименты «в пробирке». Для этого ген Cry4 внесли в клетки кишечной палочки, после чего выделили препараты чистого белка, идентичного птичьему. Такая работа была проделана для криптохромов зарянок, известных своими ежегодными миграциями через всю Европу, а также для кур и голубей, которые не мигрируют. Это позволило наблюдать за тем, как меняются реакции, катализируемые белками Cry4, в зависимости от ориентации приложенного к ним магнитного поля.

Работа показала, что разное направление поля (авторы создавали его искусственно, на несколько порядков более сильным, чем «естественное» магнитное поле Земли) ведет к накоплению разных продуктов реакций, которые, в свою очередь, служат химическими сигналами, меняющими активность рецепторных нейронов. Как и можно было ожидать, у кур и чаек эта разница проявлялась намного слабее, чем у мигрирующих зарянок.

Чтобы лучше разобраться в механизме работы Cry4, авторы провели компьютерное моделирование. Расчеты продемонстрировали, что под действием падающих фотонов в молекуле возникают возбужденные электроны, два из которых образуют пару. Спины этих электронов флуктуируют с частотой миллионы раз в секунду, становясь то сонаправленными, то направленными противоположно.

В зависимости от той или иной ориентации катализируемая реакция развивается в одном из двух направлений. Однако время, в течение которого спины ориентированы одинаково или противоположно, определяется относительным направлением магнитного поля. Этот квантовый механизм в итоге определяет «магнитное чувство» у птиц.

источник