Naučnici sa Krita, Iannis Kominis i Efthimis Gkoudinakis, sproveli su istraživanje koje otkriva da određene životinjske sposobnosti detekcije magnetnih polja mogu dostići kvantne granice osetljivosti. Ovo otkriće ne samo da poboljšava naše razumevanje magnetorecepcije u prirodi, već i otvara mogućnosti za razvoj naprednih tehnologija magnetometara.
Kako životinje osećaju magnetno polje?
Mnoge vrste životinja, uključujući ptice selice, morske kornjače, losose i insekte poput pčela, oslanjaju se na Zemljino magnetno polje kako bi se orijentisale i navigirale kroz prostor. Naučnici već dugo pokušavaju da razumeju biološke mehanizme koji omogućavaju ovu sposobnost. Postoje tri glavne hipoteze o tome kako životinje detektuju magnetno polje:
Indukcioni mehanizam – Ovaj proces uključuje pretvaranje magnetne energije u električne impulse unutar organizma. Na primer, istraživanje iz 2019. godine sugerisalo je da bi Zemljino magnetno polje moglo uticati na napon u unutrašnjem uhu golubova, što bi im omogućilo da osećaju promene u polju.
Radikalno-parni mehanizam – Ovaj mehanizam se oslanja na kvantnu fiziku. Kada su određeni molekuli izloženi svetlosti, u njima se stvaraju parovi elektrona sa korelisanim spinovima. Magnetno polje može uticati na raspodelu tih elektrona, što zatim može pokrenuti biohemijske reakcije koje životinje koriste za orijentaciju. Ovaj mehanizam je posebno proučavan kod ptica selica, koje se smatraju zavisnim od ovog kvantnog procesa tokom migracija.
Magnetitni mehanizam – Ova hipoteza sugeriše da sitni kristali magnetita (gvožđe-oksida) u ćelijama životinja reaguju na magnetna polja, omogućavajući direktan fizički osećaj orijentacije. Ovaj mehanizam je primećen kod bakterija, ali postoji i kod nekih vrsta riba i ptica.
Biološki senzori i kvantne granice
Kominis i Gkoudinakis su analizirali ove mehanizme kroz prizmu kvantne fizike i pokušali da ih uporede sa granicama preciznosti koje važe za najsavremenije tehnologije magnetometara. Ključni koncept u njihovom istraživanju bio je limit energetske rezolucije (ERL), koji predstavlja meru preciznosti kvantnog sistema u detekciji magnetnih polja.
Njihovi proračuni su pokazali da indukcioni mehanizam ne može dostići kvantnu granicu osetljivosti. Međutim, mehanizam radikalno-parnih reakcija mogao bi dostići nivoe preciznosti slične onima koje omogućavaju kvantni magnetometri. To sugeriše da biološki senzori kod životinja nisu samo visoko razvijeni, već i potencijalno dostižu fundamentalne granice koje kvantna mehanika postavlja za detekciju magnetnih polja.
Šta ovo znači za nauku i tehnologiju?
Ovo otkriće ne samo da poboljšava naše razumevanje načina na koji životinje koriste Zemljino magnetno polje, već može imati značajne primene u razvoju tehnologije. Ako se potvrdi da prirodni senzori funkcionišu blizu kvantnih granica osetljivosti, naučnici bi mogli koristiti ove principe za izgradnju naprednijih, efikasnijih i preciznijih magnetometara.
Takođe, istraživanje bi moglo otvoriti nova pitanja o evoluciji i biološkim adaptacijama, jer sugeriše da su neka živa bića razvila izuzetno sofisticirane sisteme koji mogu nadmašiti čak i naše najbolje tehnologije u detekciji slabih magnetnih signala.
Studija Kominisa i Gkoudinakisa objavljena je u naučnom časopisu PRX Life i predstavlja značajan korak u razumevanju kako kvantna fizika može oblikovati sposobnosti živih organizama.
