Un microscopio para observar la orientación magnética de las aves, a nivel celular

Las vacas, las aves y otras especies animales se orientan siguiendo los campos magnéticos terrestres, gracias a una extraña capacidad conocida como magnetorrecepción, no del todo comprendida por los científicos.

Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Tokio (Japón) ha logrado desarrollar un microscopio capaz de observar el origen de esta sensibilidad: unas reacciones fotoquímicas que se suceden a una escala lo suficientemente pequeña como para «caber» dentro de estructuras subcelulares, informa la Universidad de Tokio en un comunicado.

Invisible proceso celular

Investigaciones recientes ya habían señalado que un grupo de proteínas presentes en las células vivas llamadas criptocromos y una molécula que forma parte de esos criptocromos (dinucleótido de flavina y adenina o FAD) están implicados en la magnetorrecepción.

Los criptocromos son un tipo de fotorrreceptores o receptores de la luz. Cuando estas proteínas absorben la luz azul de un entorno, desvían uno de sus electrones a su FAD asociada. Tanto los criptocromos como la FAD son moléculas con electrones ‘solitarios’ o no ‘apareados’ con otros electrones; de las conocidas como ‘radicales’. Por eso, se dice que la unión de los electrones de ambas moléculas da lugar a ‘pares radicales’.

Resulta que, una vez sucedido esto, el campo magnético que hay alrededor de los criptocromos  (en este caso, el campo magnético de la Tierra) determina el espín o giro de estos pares radicales, lo que altera su reactividad. De esta forma, dicho campo magnético puede afectar cómo las reacciones químicas del par radical se suceden.

Todo este sutilísimo proceso explicaría cómo las células vivas son sensibles al campo magnético de la Tierra.  Sin embargo, hasta la fecha, no había habido manera de medir el efecto de dicho campo en los pares radicales celulares.

Desvelar un milagroso sentido magnético

En la investigación liderada por Jonathan Woodward, del Woodward Lab de la Universidad de Tokyo,  los científicos lograron hacer mediciones de todo esto, utilizando un microscopio que, por primera vez, ha conseguido detectar estos pares radicales; así como la influencia de campos magnéticos muy débiles en su reactividad.

El microscopio es capaz de hacer mediciones en volúmenes extremadamente pequeños, inferiores a cuatro femtolitros (el femtolitro es una unidad de medida de volumen igual a 10^-15 litros), gracias a que lleva incorporada una tecnología de imágenes desarrollada por el mismo equipo, y bautizada como TOAD (detección de absorción óptica transitoria).

Además, el microscopio tiene otro modo (llamado MIM, modulación de intensidad magnética) que permite observar  directamente solo aquellas regiones de las células vivas magnéticamente sensibles. 

Por todo, los científicos esperan que esta tecnología permita estudiar a fondo la sensibilidad magnética de las reacciones fotoquímicas en diversos contextos biológicos clave, para desvelar los secretos del ‘milagroso sentido magnético de los animales’.

Orientación cuántica

Algunos de los estudios más recientes sobre magnetorrecepción han señalado que esta capacidad estaría relacionada con la física cuántica. Uno de ellos, la vinculó en 2010 a un fenómeno de la física de partículas conocido como “entrelazamiento cuántico».

El segundo, señaló en 2008 que la incidencia del campo magnético terrestre sobre los electrones presentes en los iones más inestables de la retina podría generar una respuesta química que señalara a los animales (en concreto, a las aves) hacia donde dirigirse. Esto sería posible gracias al efecto cuántico de Zenón, que permitiría que el tiempo de incidencia de dicho campo magnético fuera suficiente como para afectar a los iones y determinar la señal química necesaria. 

Referencia bibliográfica:

Joshua P. Beardmore, Lewis M. Antill, Jonathan R. Woodward. Optical Absorption and Magnetic Field Effect Based Imaging of Transient Radicals. Angewandte Chemie International Edition (2015). DOI: 10.1002/anie.201502591.