Загадку сезонного исчезновения птиц люди раскрыли сравнительно недавно — примерно в прошлом веке, с изобретением кольцевания птиц и распространения спутникового наблюдения. Эти животные, даже юные особи, преодолевают тысячи километров, точно находя место назначения. Для этого они не только ориентируются по небу, как моряки прошлого, но и используют магнитные поля Земли — как показало недавнее исследование, при помощи фундаментальных квантовых эффектов.

Магниторецепция — возможность ощущать магнитные поля — стала объектом изучения с 70-х годов прошлого века, но ученые все еще не в состоянии сказать, как именно птицы используют эту информацию, чтобы не сбиваться с курса во время долгих перелетов.

Эксперименты ученых из Великобритании и Германии дали неожиданный результат: компас птиц работает на квантовых эффектах в молекулярных фрагментах, так называемых радикальных парах, которые образуются в результате фотохимических процессов в глазах, пишет Scientific American. Другими словами, животные «видят» магнитные линии и используют эту информацию для прокладывания курса.

Чувство магнитного направления у маленьких певчих птиц, мигрирующих по ночам, заслуживает изучения по нескольким причинам. Во-первых, наблюдения показали, что их компас ведет себя не так, как корабельный. Птица воспринимает оси магнитного поля и угол, который он образует с поверхностью Земли. В лабораторных экспериментах инвертирование направления магнитного поля не помешали птицам ориентироваться. Во-вторых, магниторецепция птиц может быть нарушена чрезвычайно слабыми магнитными полями, которые меняют свое направление несколько миллионов раз в секунду. В-третьих, магнитный компас птиц зависит от света, что указывает на связь со зрением.

В 1978 биолог Клаус Шультен из Германии высказали поразительную идею: что компас птиц работает на основе чувствительных к магнитным полям химических трансформаций. И возможно, за это отвечают радиальные пары, способные воспринимать столь тонкие магнитные воздействия. Они индифферентны к инверсиям внешних магнитных полей и могут возникать, когда молекулы поглощают свет, что соответствует гипотезе Шультена.

Шультен предполагал, что в зрачке перелетных птиц имеются специальные молекулы-магниторецепторы, в которых возникают радикальные пары. Предположительно, это происходит в недавно открытом белке криптохром. Это единственный известный природный фоторецептор, в котором формируются радикальные пары под действием синего света. В глазах у птиц было найдено шесть видов этих криптохром.

Наконец, недавние исследования показали, что уровень криптохрома-4а (Cry4a) у перелетных птиц повышается весной и осенью, в сезоны миграции. Компьютерное моделирование показало также, что у европейской зарянки цепочки аминокислот в криптохроме длиннее. Возможно, она развилась для оптимизации восприятия магнитных полей.

Хотя эксперименты подтвердили, что Cry4a обладают свойствами, необходимыми для магниторецепции, ученые не могут пока с полной уверенностью утверждать, что разобрались в том, как животные воспринимают магнитные поля Земли. Остается сделать еще один важный шаг: установить, действительно ли радикальные пары могут формироваться в глазах у перелетных птиц.