Как мы ориентируемся - Маура О’Коннор (2021)

Именно Киршвинк обнаружил минерал магнетит, природный оксид железа, в организме пчел и почтовых голубей, когда еще учился в аспирантуре Принстонского университета. Вскоре он предложил магнетит в качестве основы биологического компаса животных. Для обнаружения магнитного поля Земли достаточно присутствия в клетке лишь нескольких кристаллов магнетита, писал он. Энергичный и искренний, Киршвинк твердо верит в гипотезу магнетита как основы навигации животных. Это, как он объясняет, и есть наиболее рациональный путь эволюции для миграционного поведения, которое наблюдается у самых разных видов животных. Естественный отбор взял некое явление, которое проявлялось очень слабо, – чувствительность магнетита к магнитному полю – и посредством мутаций и репликации генов улучшил его до такой степени, что появились такие мастера навигации, как малый веретенник. «Такие вещи создаются постепенно. Для этого должна быть возможность. Нужно чем-то обладать, чтобы это выбрать, – объясняет Киршвинк. – Когда есть магнит – легко выбрать магнит».

Казалось бы, присутствие магнетита в организме многих животных служит верным доказательством этой модели биологического компаса. В 2000-х гг. многие исследователи думали только об одном: как бы найти магнетит в обонятельных клетках радужной форели, в мозге слепышей и в верхней части клюва почтовых голубей. Но затем группа ученых из Института молекулярной патологии в Вене присмотрелась повнимательнее: исследователи сделали срезы клювов у сотен почтовых голубей, обработали их с помощью окрашивания, чтобы выявить клетки, содержащие железо, и обнаружили большой разброс в количестве таких клеток. У одних голубей их насчитывалась лишь пара сотен, у других – десятки тысяч. Возможное объяснение состоит в том, что эти клетки просто продукт иммунного ответа в птичьих лейкоцитах. Это не значит, что гипотеза магнетита мертва, – вовсе нет. «Один эквивалент магнитной бактерии может дать киту компас. Это всего одна клетка, – говорит Киршвинк. – Удачи в поисках».

Примерно в то же время, когда Киршвинк искал магнетит у пчел, немецкий физик Клаус Шультен изучал, как радикальные пары – две молекулы, каждая из которых обладает неспаренным электроном, – могут реагировать на магнитное поле. Когда два электрона в радикальной паре коррелированы – находятся в состоянии запутанности или когерентности, при которых частицы или волны влияют друг на друга, даже если они находятся на расстоянии или расщеплены, – магнитное поле способно модулировать их спин. Двумя годами позже Шультен опубликовал вторую статью, предположив, что благодаря этому явлению у птиц появляется биомагнитный сенсор, своего рода «химический компас»[89], который приводился в действие после того, как свет вызывал реакцию переноса электрона, создавая радикальные пары, на которые затем воздействовало внешнее магнитное поле.

На протяжении следующих двадцати лет никто не знал, может ли такая реакция с участием радикальных пар проходить в организме животных. «Было ясно, что механизм образования радикальной пары реален, – рассказывал мне Питер Хор, профессор физической и теоретической химии в Оксфордском университете, – но предположения о том, что подобное может происходить в организме птиц, не выходили из области догадок». Затем, в 2000 г., Шультен обратил внимание на недавно открытый белок криптохром, который обнаружили в растениях и считали ответственным за регулирование роста в процессе фотосинтеза. Криптохром относится к флавопротеинам, чувствительным к синему свету; впоследствии его нашли в бактериях, в сетчатке бабочек монархов, дрозофил, лягушек и даже человека. И до сих пор только он обладает необходимыми свойствами для механизма, который иногда называют квантовым компасом.