Las aves podrían contar con un sistema cuántico de orientación en vuelo

Que las aves utilizan el campo magnético de la Tierra para orientarse en sus migraciones se sospechaba ya a principios del siglo XIX. Sin embargo, cómo consiguen sacarle partido a dicho campo para tal fin es lo que ha desconcertado a los científicos durante décadas.

En los últimos años, un número creciente de evidencias han apuntado a la posibilidad de que un campo magnético débil pudiera influir en cierto tipo de reacción química acaecida en las retinas de los ojos de los pájaros, y que implicaría a iones de una gran inestabilidad presentes en ellas.

Según publica Arxivblog, la hipótesis sería que el producto químico resultante de la recombinación de estos iones en la retina de las aves dependería del estado cuántico de sus electrones al entrar en contacto con el campo electromagnético.

Estado cuántico

Un estado cuántico es la descripción del estado físico de un sistema cuántico, en este caso, de las partículas subatómicas de las retinas de los pájaros. La recombinación de los iones dependería, en concreto, de si sus electrones están en un estado singlete (representación unidimensional) o en un estado triplete (conjunto de tres estados cuánticos).

Al parecer, el contacto de las retinas de las aves con un campo magnético crearía una predisposición hacia el estado triplete de los electrones en los iones, que en consecuencia generarían una señal química específica que guiaría a los pájaros en su camino, lo que, según Newscientist, proporcionaría información a los pájaros acerca del campo magnético.

Pruebas experimentales han demostrado de hecho que se puede confundir el sentido de orientación de los pájaros utilizando campos magnéticos específicamente diseñados para producir esta discriminación entre ambos estados cuánticos. Es decir, que esta hipótesis ha podido ser demostrada.

Efecto Zeno

A pesar de esta comprobación empírica, sin embargo, se sabía que la recombinación iónica sucede demasiado deprisa como para que el campo magnético de la Tierra pudiera influir en ella. La pregunta que se hacían los científicos entonces era, ¿cómo funciona entonces el mecanismo?

El físico Iannis Kominis, del Departamento de Física de la Universidad de Creta, afirma ahora que este mecanismo funcionaría gracias al llamado efecto cuántico Zeno. Este efecto se produce a escala cuántica cuando se hacen de forma continuada mediciones poco precisas en un sistema cuántico. Así, por ejemplo, si se observa de forma continuada una partícula inestable, dicha partícula no cambiará de estado. El ejemplo a escala macroscópica de este efecto sería el del agua al fuego que, cuando se mira, parece no romper hervir nunca.

Algo parecido sucedería, según Kominis, con el campo magnético y los iones de la retina de los pájaros: la presencia del campo magnético terrestre extendería el tiempo de vida media del estado triplete de los electrones y, de esta forma, se produciría la recombinación con tiempo suficiente como para que el campo magnético pueda intervenir en el proceso.

Tal y como explica este físico en un artículo publicado en Arxiv, el efecto Zeno cuántico produciría, de manera natural, una coherencia cuántica de espín más duradera, asegurando así la eficiencia de este mecanismo sensorial.

Sensor cuántico

Esta solución teórica encajaría con una serie de observaciones realizadas sobre magnetorrececpción aviar, es decir, sobre la habilidad de las aves para detectar cambios en los campos magnéticos y, de esta forma, percibir la dirección y la altitud en que se encuentran o hacia la que se dirigen.

Por ejemplo, el efecto Zeno cuántico explicaría el error de 30 grados en los cálculos de algunas aves en vuelo, así como el hecho de que las brújulas de los pájaros parezcan sensibles sólo a cierto intervalo de intensidad del campo magnético (Kominis señala que este intervalo dependería de los acoplamientos hiperfinos de los átomos implicados, seleccionados a lo largo de la evolución).

La importancia de este hallazgo es que, de ser cierto, significaría que las aves cuentan con un sensor cuántico que determinaría su orientación, un sensor sensible al magnetismo terrestre. Asimismo, podría ser que mecanismos similares afectaran otros procesos naturales, como la fotosíntesis, señala el científico.

Ver los campos magnéticos

La capacidad de los pájaros para recorrer tanta distancia en sus migraciones ha sido siempre un misterio para el ser humano. La revista PLoS ONE publicaba en 2007 un descubrimiento llevado a cabo por biólogos de la Universidad de Oldenburg, en Alemania, que afirmaban que las aves pueden “ver” el campo magnético de la Tierra.

Los científicos llegaron a esta conclusión observando los cerebros de los pájaros durante la orientación magnética, descubriendo que en ese momento el área cerebral correspondiente al sistema visual se encontraba activa al 100%. Es decir, que algo “veían” al volar.

Anteriormente, la ciencia ya había descubierto que en las retinas de los ojos de los pájaros migratorios existen unas moléculas llamadas cryptochromos que varían su química en presencia de un campo magnético.