يقل وزنها عن 50 غرامًا، وتقطع آلاف الكيلومترات ليلًا، وتجد مواقع شتائها من دون أي خريطة. منذ أكثر من نصف قرن تطرح الطيور المغردة المهاجرة على العلماء اللغز نفسه: كيف تستشعر المجال المغناطيسي الضعيف للأرض؟ يختبر فريق QuantumBirds إجابة تبدو كالخيال العلمي: قد تكون البوصلة في عين الطائر وتعمل عبر تأثيرات كمومية. وفي النهاية يمكنك أن تعرف أي نوع من الملاحين أنت حين تنقطع الإشارة عن هاتفك.
الطيور المغردة المهاجرة من أخف الأوزان حقًا. يقل وزنها عن 50 غرامًا، ومع ذلك تقطع كل عام ليلًا آلاف الكيلومترات لتصل إلى مواقع شتائها. وهي تعتمد في طريقها على عدة أنظمة ملاحة في وقت واحد: ترصد النجوم، وتتذكر المعالم، وتسترشد برائحة الأماكن. وفوق ذلك تستطيع أن تستشعر اتجاه المجال المغناطيسي الضعيف للأرض.
وهنا تبدأ المشكلة. فالبحث في هذه الحاسة مستمر منذ أكثر من 50 عامًا، وما زالت آليتها مجهولة. نعرف أنها تعمل. لكننا لا نعرف كيف.
هذا السؤال تحديدًا هو ما تصدى له مشروع QuantumBirds. يموّله المجلس الأوروبي للبحوث وتنسقه جامعة أكسفورد. وعلى مدى سبع سنوات عمل فيه متخصصون من مجالات شديدة التباين: ميكانيكا الكم، وكيمياء السبين، وعلم الأحياء السلوكي، والكيمياء الحيوية.
الفرضية التي اختبروها جريئة. فقد ترى الطيور المجال المغناطيسي حرفيًا بفضل تفاعلات كيميائية تجري في العين. ولا يخفي بيتر هور (Peter Hore)، أحد الباحثين الرئيسيين في المشروع، أن ذلك يبدو غريبًا: «للوهلة الأولى تبدو فكرة أن يعمل تفاعل كيميائي كبوصلة فكرة سخيفة».
ولا عجب في ذلك. فكما يوضح هور، لا تتجاوز قوة التفاعل بين جزيء واحد والمجال المغناطيسي للأرض جزءًا من مليون من قوة رابطة كيميائية نموذجية. ويبدو مثل هذا المؤثر أضعف بكثير من أن يغيّر أي شيء.
يكمن المفتاح في بروتينات تُسمى الكريبتوكرومات، توجد في شبكية الطيور. ووفق الباحثين، يطلق الضوء فيها تكوّن أزواج من الجذور الحرة – وهي أنظمة جزيئية قصيرة العمر تحدث فيها أمور يُتوقع أن تجدها في كتاب لفيزياء الكم أكثر من كتاب في علم الأحياء.
«حين يصطدم الضوء بهذه البروتينات، توجد أزواج الجذور الحرة المتولدة في حالة تراكب كمومي»، يوضح بيتر هور. ويضيف: «وبالنظر إلى هذه الحالة الكمومية الهشة، فإن مردود التفاعل الكيميائي شديد الحساسية لاتجاه مجال مغناطيسي خارجي».
وبعبارة أخرى: تتوقف كفاءة سير التفاعل على وضعية الطائر بالنسبة إلى مجال الأرض. ولأن كل شيء يحدث في العين، تصل المعلومة إلى المكان الذي تلزم فيه تمامًا. «وهذا يرمّز بيانات الملاحة فعليًا في الجهاز البصري للطائر مباشرة»، يقول هور.
النظرية شيء، لكن كان لا بد من إثبات. فقد أظهر الفريق أن الكريبتوكروم-4a الموجود في أبي الحناء الأوروبي حساس للمجالات المغناطيسية الضعيفة. ويعد الباحثون ذلك أول دليل مباشر على أن هذا الجزيء يتمتع بمثل هذه الخاصية. وهو سند قوي لفرضية البوصلة الكمومية.
لكي ينظر العلماء بهذا العمق داخل عين الطائر، كان عليهم أولًا بناء أدواتهم الخاصة. ومن بينها:
والأخير مهم بصورة خاصة، لأنه يتيح للباحثين رصد البروتينات نفسها واستجابة الخلايا العصبية معًا.
وفي الأثناء ظهر أمر مفاجئ. فالجزء الداخلي من شبكية الطائر يعمل تحت نقص دائم في الأكسجين. ويفسر هذا الاكتشاف سبب بطء البحث في هذا الجزء من العين خلال العقود الماضية: فظروف المختبر لم تكن تطابق ببساطة ظروف الكائن الحي.
يعد العلماء الآن تجربة يُراد منها حسم المسألة. «نحن على أعتاب إجابة حاسمة عبر استبدال نظيري متطور»، يعلن هنريك موريتسن (Henrik Mouritsen)، الباحث الرئيسي الآخر.
تقوم الفكرة على استبدال الكربون-12 الطبيعي في جزيئات الفلافين في عين الطائر بالكربون-13 الأثقل. وأظهرت المحاكاة الحاسوبية أن مثل هذا الاستبدال ينبغي أن يغيّر استجابة الطيور للتشويش الناجم عن الموجات الراديوية. وقد ابتكر الفريق بالفعل طريقة لإدخال فلافينات تحمل الكربون-13 إلى عيون الطيور، ويجري اختبارات سلوكية لبيان ما إذا كان التغيير يؤثر في حس التوجه لديها.
الرهان كبير. «النتيجة الناجحة ستقدم دليلًا لا يمكن إنكاره على هذه البوصلة الكمومية»، يؤكد موريتسن.
مع أن هذا بحث أساسي، فقد تثبت نتائجه فائدتها في مسائل عملية على نحو مدهش. فقد يساعد فهم كيفية اختيار الطيور المهاجرة لاتجاهها في توجيهها نحو موائل مقاومة لتغير المناخ بدلًا من المناطق المتدهورة. وتعمل آليات مشابهة أيضًا في الثنائيات الباعثة للضوء العضوية، ولذا يمكن بناء مستشعرات مغناطيسية رخيصة وغير سامة على هذا الأساس. وثمة فكرة أخرى هي أنظمة ملاحة تعمل حيث تكون إشارة GPS محجوبة أو مشوشة.
قد تحمل الطيور المغردة في عيونها بوصلة تعمل بفضل فيزياء الكم. فقد أظهر فريق QuantumBirds أن بروتين الكريبتوكروم-4a في أبي الحناء يستجيب لمجال مغناطيسي ضعيف، وبنى معدات جديدة لدراسة الشبكية، واكتشف أن جزءها الداخلي يعيش على نقص الأكسجين. ومن المنتظر أن تعطي تجربة استبدال الكربون الإجابة النهائية، وأن تقترح في الأثناء أفكارًا لحماية الطبيعة وللملاحة بلا GPS.
5 أسئلة · دقيقة واحدة
English
Čeština
Deutsch
Español
Français
Magyar
Italiano
Polski
Português
Русский
Slovenčina
Türkçe
Українська
العربية
中文