La retina de las aves tiene un sentido cuántico

Aunque desde hace miles de años sabemos que las aves emigran, todavía no hemos descubierto cómo se orientan durante sus largos vuelos, aunque cada vez estamos más cerca de averiguarlo.

Siempre ha sido un misterio cómo las aves pueden guiarse durante sus migraciones. Nosotros los humanos podemos orientarnos en cualquier lugar gracias a las brújulas, determinando el meridiano, localizando la estrella polar o guiándonos por el musgo de los árboles.

Recientemente, y gracias a la tecnología, hemos alcanzado un nivel sofisticado de orientación geográfica gracias al uso de satélites: intercambiamos señales con ellos, a través por ejemplo del móvil, e inmediatamente nos indican nuestra posición exacta, así como la velocidad y orientación de nuestros desplazamientos.

Desde hace 3.000 años, sabemos además que las aves migran constantemente, recorriendo grandes distancias (por lo general con los cambios de estación) para anidar o buscar mejores fuentes de alimentos. No sabemos bien cómo no se pierden en esos trayectos.

Tal como se estableció en una investigación publicada en 2016, por lo general el cerebro de las aves es pequeño (puede compararse con una nuez), aunque tienen más neuronas por unidad de masa cerebral que los mamíferos.

Otra investigación publicada en 2020 pudo determinar que las neuronas de las aves representan lo que perciben, un sello distintivo de consciencia. Además, su corteza está organizada de la misma forma que la de los mamíferos.

Tiene que haber más

Sin embargo, estas proezas cerebrales no pueden explicar por sí mismas el sentido de la orientación de las aves.

El sentido de la orientación está muy extendido en el reino animal y sabemos que algunos insectos y peces se guían por el sol o las estrellas, aunque respecto a las aves se ha podido establecer que el campo magnético terrestre es el que les sirve de guía para sus migraciones.

El campo magnético terrestre se produce por el movimiento de materiales que ocurre en el núcleo del planeta. Ese movimiento genera flujos eléctricos, origen de numerosos campos magnéticos. El campo magnético terrestre es la suma de esos pequeños campos.

Como las líneas del campo magnético varían en la superficie de terrestre, su dinámica puede servir de referencia para la orientación geográfica de muchas aves: les permite detectar la dirección de los polos del planeta.

Pero no es suficiente: además de factores genéticos que pueden contribuir a la orientación, se ha establecido que la navegación propiamente dicha se consigue mediante la magnetorrecepción, a través de la cual algunas aves detectan la dirección y sentido del campo magnético, obteniendo así información sobre su posicionamiento y orientación.

Lo que más se ha avanzado siguiendo la pista de la magnetorrecepción es que las aves, al igual que otros animales, poseen criptocromos, unas proteínas fotorreceptoras de luz.

Desde hace 20 años se ha sospechado que una proteína específica, conocida como criptocromo-4, presente en la retina de las aves, funciona como sensor magnético de las aves: sus reacciones químicas generan moléculas que dependen de la dirección del campo magnético terrestre. Pero nunca, hasta ahora, se ha podido confirmar.

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Confirmación preliminar

Y eso es lo que ha conseguido comprobar una nueva investigación, desarrollada por las Universidades de Oldenburg (Alemania) y Oxford (Gran Bretaña), aunque de una manera un poco particular.

La comprobación ha tenido lugar en laboratorio, con criptocromo-4 obtenido por manipulación genética de una bacteria. Los investigadores aseguran que esa proteína es idéntica a la de las aves.

El equipo de investigación, liderado por el biólogo Henrik Mouritsen (Universidad de Oldenburg), introdujo esa proteína en un tubo de ensayo y la sometió a campos magnéticos cien veces superiores a los de la Tierra.

Así observó que la proteína experimentaba reacciones químicas cuando estaba expuesta a los campos magnéticos y que su reacción era más intensa en aves migratorias que en los pollos, que no emigran.

También comprobó que el criptograma-4 tiene la capacidad de desencadenar la actividad neuronal necesaria para la orientación geográfica, ya que las reacciones químicas desencadenadas por la exposición al campo magnético duraban lo suficiente como para actuar como señalización.

Sustrato cuántico

Y aquí no terminó el experimento: los investigadores simularon informáticamente las reacciones químicas del criptocromo-4 y descubrieron que implicaban a electrones individuales, lo que significa que la orientación de las aves tiene un sustrato cuántico.

En la simulación verificaron lo que una investigación publicada en enero pasado había establecido: que los campos magnéticos afectan a un fenómeno exclusivamente cuántico, conocido como estados de espín de los electrones, que generan su propio campo magnético.

El procedimiento es el siguiente. Cuando los receptores magnéticos presentes en la retina de los ojos de los animales se activan mediante fotones, se generan moléculas nuevas cuyos átomos están dotados de electrones simples o solitarios, conocidos como par de (electrones) radicales: se comportan según el entrelazamiento cuántico y comparten un mismo estado de espín, aunque están separados entre sí.

Cuando los campos magnéticos alteran ese proceso cuántico natural que ocurre en el interior de las células de la retina, las aves lo perciben y detectan el campo magnético terrestre: lo aprovechan para orientar su navegación.

Primer paso

Los autores de la nueva investigación reconocen que no han verificado de manera concluyente que las aves usen el criptocromo-4 para detectar los campos magnéticos, ya que solo han comprobado en laboratorio que podría ser la pieza que faltaba para comprender la proeza de la orientación de las aves migratorias.

En realidad, solo han demostrado por primera vez que una molécula del sistema visual de un ave migratoria es magnéticamente sensible. Importante, pero solo un primer paso.

Comprobar esa sensibilidad dentro de un ave viva es algo mucho más complejo, por lo que habrá que esperar un tiempo para despejar definitivamente la incógnita sobre la misteriosa capacidad de orientación de las aves, señalan los investigadores.

Referencia

Magnetic sensitivity of cryptochrome 4 from a migratory songbird. Jingjing Xu et al. Nature volume 594, pages535–540 (2021). DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-021-03618-9

Imagen superior: Proteína criptocromo 4 sensible a la luz en el laboratorio. Cuatro aminoácidos (verde claro), en los que se pueden formar los llamados pares de radicales, son decisivos para las propiedades magnéticas de la molécula. Crédito: Ilia Solov’yov (Universidad de Oldenburg).