Linnut hallitsevat kvanttimekaniikan. Punarinta kykenee ylläpitämään silmissään lomittumiseksi kutsuttua kvantti-ilmiötä 20 mikrosekuntia kauemmin kuin hiukkasfyysikot parhaissa laboratorioissaan. Tähän kvantti-ilmiöön perustuu linnun silmissä oleva kompassi, jonka avulla se kykenee havaitsemaan Maan magneettikentän ja suunnistamaan tarkasti.
 |
| Punarinta. Credit: Ernst Vikne/Flickr. |
Lomittuminen on kvanttitila, jossa elektronit ovat erossa toisistaan, mutta ne kykenevät vaikuttamaan toisiinsa.
Tutkijat ovat löytäneet linnun silmän optisista soluista kryptokromiksi kutsuttua proteiinia. Kun fotoni saapuu linnun silmään, se osuu kryptokromi-molekyyliin ja virittää sen elektroniparin kvanttitilan. Toinen näistä elektroneista siirtyy molekyylissä muutamia nanometrejä toiseen paikkaan, jossa se tuntee hiukan erilaisen magneettikentän kuin partnerinsa. Magneettikentän muutos muuttaa elektronin spiniä, mikä johtaa erilaisiin kemiallisiin reaktioihin punarinnan silmässä. Teoriassa nämä reaktiot voivat tuottaa linnulle kuvan Maan magneettikentästä.
Nämä kvanttitilat ovat hyvin vaikeasti ylläpidettäviä ja helposti hajoavia. Jopa laboratorioissa, joissa atomit jäähdytetään lähelle absoluuttista nollapistettä, lomittumista voidaan ylläpitää vain muutamien sekunnin tuhannessosien ajan. Biologiset järjestelmät näyttäisivät olevan liian lämpimiä ja kosteita kvanttitilan ylläpitämiseen ja kuitenkin se tapahtuu niissä.
"Kuinka elävään olentoon on voinut kehittyä kyky ylläpitää kvantti-ilmiötä yhtä hyvin - eikun paremmin - kuin me voimme saada aikaan laboratoriossa näiden eksoottisten (keinotekoisten) molekyylien kanssa?" ihmettelee kvanttifyysikko Simon Benjamin Oxfordin yliopistosta.
Lintujen kvanttikompassi on myös erittäin herkkä. Kun tutkijat lisäsivät keinotekoisen magneettikentän, jonka voimakkuus oli vain muutamia prosentin osia Maan magneettikentästä, se riitti sotkemaan lintujen sisäisen kompassin. "Mikäli joku muuttaisi valaistuksen voimakkuutta vain prosentin osilla, niin sinun olisi hyvin vaikeaa havaita muutosta. Se ei vaikuttaisi näkökykyysi," Benjamin sanoo.
Tutkijat ovat käyttäneet lomittumisen aikaansaamiseen räätälöityä erikoismolekyyliä, N@C60. Se on hiiliatomeista rakentuva häkki, jonka sisällä on typpiatomi. N@C60 on eräs parhaista lomittumista ylläpitävistä laboratoriojärjestelmistä. "Häkki suojaa sisällään olevaa atomia ja sen sisältämää informaatiota ympäristön vaikutuksilta," Benjamin sanoo. "Sitä pidetään seksikkäänä, mielenkiintoisena ja lupaavana molekyylinä."
Mutta huoneenlämmössä jopa N@C60 ylläpitää lomittumista vain 80 % siitä ajasta mihin linnut näyttävät kykenevän.
"Kuitenkin linnut pystyvät tekemään sen jotenkin paremmin kuin meidän räätälöity erikoismolekyylimme," Benjamin kertoo. "Se on jotain aivan käsittämätöntä."
Lintujen lisäksi monet muutkin eläimet - kalat, liskot, niveljalkaiset ja hyönteiset - kykenevät suunnistamaan Maan magneettikentän avulla. Myös fotosynteesi perustuu kvantti-ilmiöön.
Tutkijat aidosti ihmettelevät kuinka luonnossa sattumalta syntyneet järjestelmät päihittävät heidän suunnittelemansa huipputeknologiatuotteet mennen tullen. Koska kehitysoppi ei tunne ihmistä parempaa suunnittelijaa, niin heidän on edelleen tyydyttävä ihmettelemään sattuman käsittämättömiä kykyjä.
 |
| Kaavakuva N@C60-molekyylistä. Kuva: Simon Benjamin. |
Lähteet:
http://www.wired.com/wiredscience/2011/01/quantum-birds/
http://www.ts.fi/teemat/luonto/206726/Punarinta+suunnistaa++kvanttikompassi+silmissaan
Ei kommentteja:
Lähetä kommentti