Kuşlardaki Manyetik Duyarlılığın Mekanizması

Nar bülbülleri gibi göçmen kuşlardaki manyetik duyarlılık gözlerindeki belirli bir ışığa duyarlı proteinden kaynaklanır. Araştırmacılar kuşların retinalarında bulunan kriptokroma 4 proteininin, manyetik alanlara duyarlı ve uzun zamandır aranan manyetik sensör olabildiğini ispat ettiler.

İnsanlar etraflarını 5 duyu ile algılarlar; görme, duyma, tatma, koklama ve dokunma. Diğer birçok hayvan da Dünya’nın manyetik alanını hissedebilirler. Bir süredir Oldenburg Üniversitesi (Almanya) ve Oxford’dan (BK) biyologlar, kimyagerler ve fizikçiler bir araya gelerek nar bülbülleri gibi göçmen kuşların gözlerindeki ışığa duyarlı protein hakkında kanıt toplamaktaydılar. Nature dergisinin son sayısında takım, kuşların gözlerinde bulunan kriptokroma-4 proteininin, manyetik alanlara duyarlı ve uzun süredir aranan manyetik sensör olabileceğini ispat ettiler.

Henrik Mouritsen’in Oldburg’daki araştırma grubundan doktora öğrencisi yazar, Jingjing Xu, başarıya doğru kararlı bir adım attı. Gece göçmeni nar bülbüllerinin potansiyel olarak manyetik olarak hassas kriptokroma 4’ün genetik kodunu çıkardıktan sonra, ilk kez bakteri hücre kültürlerini kullanarak bu fotoaktif molekülü büyük miktarlarda üretmeyi başardı. Christiane Timmel’in ve Stuart Mackenzie’nin Oxford’daki grupları daha sonra proteini incelemek ve onun manyetik alanlara karşı belirgin hassasiyetini göstermek için çok çeşitli manyetik rezonans ve yeni optik spektroskopi teknikleri kullandılar.

Ekip ayrıca, bu duyarlılığın ortaya çıktığı başka bir önemli ilerleme olan mekanizmayı da deşifre etti. Mouritsen, “Mavi ışık aktivasyonundan sonra molekül içinde hareket edebilen elektronlar çok önemli bir rol oynuyor” şeklinde açıkladı. Kriptokroma gibi proteinler amino asit zincirlerinden oluşur: Bülbüllerdeki kriptokroma 4’te bunlardan 527 tane bulunur. Oxford’dan Peter Hore ve Oldenburg fizikçisi Ilia Solov’yov, triptofan olarak bilinen 527’den dördünün molekülün manyetik özellikleri için gerekli olduğu fikrini destekleyen kuantum mekaniksel hesaplamalar yaptılar. Hesaplamalarına göre, elektronlar bir triptofandan diğerine, manyetik olarak hassas olan radikal çiftler üreten bir sonrakine atlarlar. Bunu deneysel olarak kanıtlamak için, Oldenburg ekibi, bülbül kriptokromasının biraz değiştirilmiş versiyonlarını üretti; bu versiyonda, triptofanların her biri, elektronların hareketini engellemek için farklı bir amino asit ile değiştirildi.

Oxford kimya grupları, bu değiştirilmiş proteinleri kullanarak, elektronların kriptokroma içinde hesaplamalarda tahmin edildiği gibi hareket ettiğini ve üretilen radikal çiftlerin gözlemlenen manyetik alan etkilerini açıklamak için gerekli olduğunu deneysel olarak gösterebildiler.

Oldenburg ekibi ayrıca tavuk ve güvercinlerdeki kriptokroma 4’ü de açıkladı. Oxford’da incelendiğinde, bu göç etmeyen türlerin proteinleri, göçmen narbülbülününkine benzer fotokimya sergiler, ancak manyetik olarak daha az duyarlı görünürler. Mouritsen, “Bu sonuçların çok önemli olduğunu düşünüyoruz çünkü ilk kez göçmen bir kuşun görsel aygıtından bir molekülün manyetik alanlara duyarlı olduğunu gösteriliyor” şeklinde açıklıyor. Ancak bunun kriptokroma 4’ün ekibin aradığı manyetik sensör olduğuna dair kesin bir kanıt olmadığını da ekliyor. Tüm deneylerde, araştırmacılar laboratuvarda izole edilmiş proteinleri incelediler. Kullanılan manyetik alanlar da Dünya’nın manyetik alanından daha güçlüydü. Mouritsen, “Bu nedenle, bunun kuşların gözünde gerçekleştiğinin hala gösterilmesi gerekiyor” diye vurguluyor. Bu tür çalışmalar henüz teknik olarak mümkün değil.

Bununla birlikte, yazarlar, dahil olan proteinlerin doğal ortamlarında önemli ölçüde daha hassas olabileceğini düşünüyorlar. Retinadaki hücrelerde, proteinler muhtemelen sabitlenir ve hizalanır, bu da manyetik alanın yönüne duyarlılıklarını arttırır. Ayrıca, duyusal sinyalleri yükseltebilecek diğer proteinlerle de ilişkili olmaları muhtemeldir. Ekip şu anda bu henüz bilinmeyen etkileşim ortaklarını arıyor.

Hore, “Kriptokroma 4’ün manyetik sensör olduğunu kanıtlayabilirsek, hayvanları çevresel uyaranlara karşı daha önce mümkün olduğu düşünülenden milyon kat daha zayıf hale getiren temelde bir kuantum mekanizması göstermiş olacağız” diyor.

Kaynak: sciencedaily.com