味付けされた耳には、シフチャフとウィーテアのトリリングは、最初の反抗的なクロッカスと同じくらい春の兆候です。 3月までに、これらの鳥は冬休みから戻ってきて、数千キロ離れた繁殖地に帰る道を移動し始めました。 センチメートルの精度で。移住のアイデアはしばしば、ガチョウの広大な群れと星のつぶやきの顕著なビジョンを思い起こさせるが、「大多数」は言う。 ミリアム・リードヴォーゲルドイツの鳥類研究所（IAR）のディレクター、「夜と自分で移住するので、誰も従うべき人がいません。」
Liedvogelは子供の頃から鳥に魅了されており、しばしばこれらの長い移動をどのようにナビゲートするのか疑問に思いました。彼女は一人ではなく、アリストテレスでさえ謎を熟考し、レッドスタートが冬にかけてロビンに変わると誤って結論付けています。 Liedvogelが指摘しているように、移動行動はさまざまであり、多くのことは不明のままですが、今では他の理論の中でも、種の変容を除外するのに十分なデータがあります。研究により、移動する鳥の95％が夜間、単独で、そして親のガイダンスなしに移動することが明らかになったため、行動は部分的に継承されなければなりません。これらの鳥は地球の磁場を使用して自分の道を見つけます。これを可能にする生物学的メカニズムの少なくとも一部は、量子力学を通じて説明できる可能性があります。
生物物理学者のクラウス・シュルテンが思いついた アイデアは現在好まれています 1978年に鳥の磁場センシングを説明し、彼の同僚であるチャールズ・スウェンバーグとアルバート・ウェラーとともに、ドイツの生物物理学化学研究所でのアルバート・ウェラーと一緒に。このアイデアは、電子がエネルギーを獲得したときに何が起こるかにかかっています。よりよく知られている反応は、太陽が出たときの太陽光発電デバイス（または太陽電池）のように、電流の生成かもしれませんが、他の効果も起こります。電子はペアでぶらぶらすることを好みますが、エネルギーを吸収すると、ある分子から別の分子に移動する電子が生じる可能性があります。この時点で、分子を獲得する分子と電子を寄付する分子の両方に、不対電子があり、それらの分子にヒッピーサウンドの用語「フリーラジカル」を獲得します。
納屋の群れ（Hirundo Rustica）の群れは、南の移動中にフランスの電力線に止まります。写真：Nature Picture Library/Alamy
ピーター オックスフォード大学の化学教授であり、鳥が20年以上にわたって磁場を感知することを可能にする可能性のあるメカニズムを研究しており、彼はラジカルペア効果を支持する証拠のいくつかをリストしています。発見の1つは、鳥が磁場や赤道に向かう方向ほど、磁場の北極と南極の違いを感じることができないように見えることです。 「それはそれを示唆しました [the magnetic sensing] コンパスの針のように振る舞う磁気ミネラルに基づいていませんでした」とホアは言います。鳥を反対側の半球に入れてください。 それでも赤道への飛行を目指しています 冬の暖かい天気のために。
別の説得力のある発見は、ロビンなどの鳥が磁場を感知するためには光が必要であるように見えることであり、ラジカルペア効果をキックスタートするためにも必要です。量子レベルでは、すべての測定にはエネルギー交換が伴います。ラジカルペア効果に吸収された光の波長を詳細に見ると、特定のタンパク質にも向けられています。Cryptochrome4。Schultenは、2000年にクリプトクロムタンパク質があるかもしれないと示唆しました。 もっともらしい候補 鳥のラジカルペアメカニズムをホストするためには、当時はCryptochromesが発見されたばかりで、1つだけが知られていました。 Liedvogelはほんの数年後に博士号を始め、その時点で鳥で知られているクリプトクロームを調べ始めました。彼女は「クレイジーハード」であると説明しています。クリプトクロム1、2、4はこれらの渡り鳥の目に見られますが、クリプトクロム1と2とラジカルペア効果の重要な光吸収色素の結合は、後に発見されたクリプトクローム4の場合ほど強くないことがわかります。
自然は私たちの前に量子技術を考案したようです、そしてそれはそれほど狂っているように聞こえませんよね？
Cryptochrome 4に吸収された光の波長の慎重な研究により、どのラジカルが形成されているかを正確に明らかにしました。 2021年、Horeと彼の同僚は、移動するロビンからのCryptochrome 4の磁場感受性をテストし、鶏のそれと比較することができました。彼らは、ロビンのタンパク質が鶏のタンパク質よりも磁場に対してより高い感受性を持っていることを示しました。さらに、ラジカルを形成するものとしてフラグが付けられたタンパク質の候補部分を変異させると、磁場感受性効果は検出されませんでした。これはすべて、関与するエネルギーの小さな値にもかかわらず、鳥の磁場センシングの基礎として、クリプトクロム4タンパク質のラジカルペアメカニズムを強く支持しました。地表の地球の磁場強度はわずか50マイクロテスラであり、標準的な医療MRIは少なくとも20,000倍高いフィールドを使用しています。したがって、これらの相互作用の量は小さいです。体温で回転する分子の熱エネルギーの100万倍です。
ドイツの鳥類研究所のミリアム・リエドヴォーゲル教授は、女性のブラックキャップを持っています。写真：Melina Moersdorf/MPG
Cryptochrome 4の発見と根本的なペア効果に有利な証拠により、Liedvogelは別のタックを取り、季節的に移動する鳥の進化におけるタンパク質を最適化する適応選択の兆候を探すために着手しました。その後、IARでLiedvogelで博士号を取得していたCorinna Langebrakeは、既知のすべての鳥のゲノムシーケンスを調べ、移動する鳥とそうでない鳥のクリプトクロムの生産に関連する領域を比較しました。彼らは、クリプトクロム1と2では、種間での変動がほとんどないことを発見しました。これは、変化が生存にとって危険であるため、これらのタンパク質が普遍的に不可欠であることを示している可能性があります。 Liedvogelが指摘しているように、これらのタンパク質は、概日リズム（「ボディクロック」）を維持する原因であるため、すべてが合計されます。さらに、彼らは、移動する鳥と非移動鳥のクリプトクロム4だけでなく、ラジカルペア効果でラジカルを生成するクリプトクロム4の領域で、より高いレベルの変動を発見しました。また、クリプトクロム4には明らかに高い選択性の他の領域があり、おそらくタンパク質の追加の未知の機能を指しています。しかし、おそらく説明するのは難しいのは、孤立した長距離の夜間移民であるTyranniを含む鳥のグループにクリプトクロム4の欠如です。行動実験は、これらの鳥が暗号化4ラジカルペアメカニズムモデルが説明しようとする方法で地球の磁場を感知できるかどうかをテストするために進行中ですが、ju審はまだ出ていません。
一方、今年初めに発表された論文は、量子力学の基本原理のおかげで、磁場に対する鳥の感受性を改善するという点で、進化がどれだけ進化することができるかに限界があるかもしれないことを示唆しています。 「物理的現実のあらゆる面にトレードオフがあります」と、ギリシャのクレタ校大学の准教授であるIannis Kominisは説明します。量子力学の重要なトレードオフは、ハイゼンベルクの不確実性の原則です。これにより、エネルギーと時間などの2つの変数を正確に特定できる方法が制限されます。この数学と論理を自然な結論に導き、物理的なプロセスが起こるのに時間がかかることを考えると、最終的には、それ以下の小さなエネルギーの量のエネルギーに着地します。測定にはエネルギーの交換が伴う必要があるため、これは達成可能な感度に基本的な限界を置きます。これは、極低温の温度でラボで動作する量子デバイスまたは鳥の目のタンパク質にかかっています。今年の初め、コミニスは、大学の学部生と一緒に、エフティミオス Gkoudinakisは、制限があることを示しました 動物王国で尊敬されていますラジカルペアメカニズムで達成される感度は、この制限に非常に近づく可能性があります。
「自然は私たちの前に量子技術を考案したようです。それはそれほど狂っていないようですよね？」コミニスは言います。 「逆のことは、私たちが自然よりも賢いことを意味します。」彼はまた、達成された感度が限界にそれほど近くない場合、「より良い製品を作ろうとする母なる自然からのIP」を使用して量子センシング技術を進める余地があることを示唆しています。
量子計算は、磁気「ノイズ」に対する鳥の反応を通じて、根本的なペア効果を支持する潜在的な証拠を強調しています。計算によると、ラジカルペア電子は実際に特定の周波数で「スピン」状態間を交換していることが示されています。つまり、これらの周波数で変動する磁場にさらされると鳥が見当識障害になる可能性があります。 「コンピューターに座って量子力学計算を行い、動物がどのように動作するかを予測できることはあまりありません」とHore氏は付け加えます。
ノーザンウィーテア、オナンテオナンテ、フランス、ブルターニュ、パルクナトゥレルレジオナルダルモリクでの飛行中。鳥はイギリス諸島への夏の訪問者です。写真：Biospoto/Alamy
10年前、HoreはHenrik Mouritsenとドイツのオルデンブルク大学の同僚と協力して、ロビンが見当違いであることを示しています。 都市の電磁ノイズ – 鳥は計算が示唆していたそれらよりも下の騒音のレベルに敏感でしたが。 Mouritsenと彼の同僚は現在、鳥が混乱した周波数をテストしています。これまでのところ、これらはラジカルペアメカニズムのために計算されたものとかなりうまくいっていますが、ホアは、そのような行動テストは時間がかかることを説明しています。
HoreとLiedvogelは、症例が閉じられていることを示唆することに注意していますが、鳥の行動に関するデータの発生データ、タンパク質とラジカルペア効果は、磁場に対する鳥の感受性の説明に収束しているようです。正しい場合、それはいくつかのハイテクの極低温ラボではなく、鳥の目の乱雑な有機環境で達成された量子センシングの信じられないほどの偉業に相当します。 「私は確かに別の光で鳥を見ています」とホアは言います。 「「鳥の脳」という用語は通常、s辱です。今、私はそれを賛辞と考えています。」
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#彼らには誰も従わない渡り鳥が量子力学を使用してナビゲートする方法科学
2025-03-23 19:48:00