Pesan menos de 50 gramos, vuelan miles de kilómetros de noche y llegan a sus zonas de invernada sin mapa. Desde hace más de 50 años, los científicos se preguntan cómo perciben las aves migratorias el débil campo magnético de la Tierra. El equipo de QuantumBirds pone a prueba una respuesta de ciencia ficción: la brújula podría estar en el ojo y funcionar gracias a fenómenos cuánticos; y al final puedes comprobar qué tipo de navegante eres cuando tu móvil se queda sin cobertura.
Los pájaros cantores migratorios son auténticos pesos ligeros. Pesan menos de 50 gramos y, sin embargo, cada año recorren de noche miles de kilómetros para llegar a sus zonas de invernada. En el camino utilizan varios sistemas de navegación a la vez: miran las estrellas, recuerdan puntos de referencia y se guían por el olfato. Además, pueden percibir la dirección del débil campo magnético de la Tierra.
Y aquí empieza el problema. La investigación sobre este sentido dura ya más de 50 años y el mecanismo sigue siendo desconocido. Se sabe que funciona. No se sabe cómo.
Esa es precisamente la pregunta que abordó el proyecto QuantumBirds, financiado por el Consejo Europeo de Investigación y coordinado por la Universidad de Oxford. Durante siete años trabajaron en él especialistas de campos muy distintos: mecánica cuántica, química del espín, biología del comportamiento y bioquímica.
La hipótesis que pusieron a prueba es audaz. Las aves verían literalmente el campo magnético gracias a reacciones químicas que tienen lugar en el ojo. Peter Hore, uno de los investigadores principales del proyecto, no oculta que suena extraño: «A primera vista, la idea de que una reacción química pueda servir como brújula parece absurda».
No es de extrañar. Como explica Hore, la fuerza de la interacción de una sola molécula con el campo magnético de la Tierra es apenas una millonésima parte de la fuerza de un enlace químico típico. Un estímulo así parece demasiado débil para cambiar nada.
La clave está en unas proteínas llamadas criptocromos, presentes en la retina de las aves. Según los investigadores, bajo la influencia de la luz se forman en ellas pares de radicales: sistemas de moléculas de corta duración en los que ocurren cosas más propias de la física cuántica que de la biología.
«Cuando la luz incide sobre estas proteínas, los pares de radicales generados existen en un estado de superposición cuántica», explica Peter Hore. Y añade: «Dada esta delicada naturaleza cuántica, el rendimiento de la reacción química es altamente sensible a la dirección de un campo magnético externo».
En otras palabras: la eficacia con la que transcurre la reacción depende de cómo esté orientada el ave respecto al campo de la Tierra. Y como todo sucede en el ojo, la información llega directamente adonde hace falta. «Ello permite codificar eficazmente los datos de navegación directamente en el sistema visual del ave», dice Hore.
La teoría es una cosa, pero hacían falta pruebas. El equipo demostró que el criptocromo-4a presente en el petirrojo es sensible a campos magnéticos débiles. Los investigadores lo consideran la primera evidencia directa de que esta molécula posee tal propiedad. Para la hipótesis de la brújula cuántica, es un punto de apoyo sólido.
Para asomarse tan hondo al ojo de un ave, los científicos tuvieron que construir primero sus propias herramientas. Entre ellas estaban:
Lo último es especialmente importante, porque permite observar no solo las proteínas en sí, sino también la respuesta de las células nerviosas.
De paso salió a la luz algo sorprendente. La parte interna de la retina de las aves funciona bajo una constante falta de oxígeno. Eso explica por qué el estudio de esa parte del ojo avanzó con tanta dificultad durante décadas: el laboratorio no reproducía las condiciones de un organismo vivo.
Ahora los científicos preparan un experimento que debe zanjar la cuestión. «Estamos a punto de obtener una respuesta definitiva mediante la realización de un sofisticado intercambio isotópico», anuncia Henrik Mouritsen, el otro investigador principal.
La idea consiste en sustituir, en las moléculas de flavina del ojo del ave, el carbono-12 natural por carbono-13, más pesado. Las simulaciones por ordenador mostraron que ese cambio debería modificar la forma en que las aves responden a las perturbaciones causadas por ondas de radio. El equipo ya sabe introducir flavinas con carbono-13 en los ojos de las aves y realiza pruebas de comportamiento para ver si el cambio afecta a su orientación.
Lo que está en juego es mucho. «Un resultado satisfactorio proporcionará una prueba irrefutable de esta brújula cuántica», subraya Mouritsen.
Aunque es investigación básica, sus resultados pueden ser útiles en asuntos muy prácticos. Comprender cómo eligen su dirección las aves migratorias podría ayudar a guiarlas hacia hábitats resilientes al cambio climático en lugar de zonas degradadas. Mecanismos similares actúan en los LED orgánicos, así que podrían construirse sensores magnéticos baratos y no tóxicos. Otra idea: sistemas de navegación que funcionen donde la señal GPS está bloqueada o perturbada.
Los pájaros cantores podrían llevar en los ojos una brújula cuántica. El equipo de QuantumBirds demostró que el criptocromo-4a del petirrojo reacciona a un campo magnético débil, construyó nuevos equipos y descubrió que la retina interna vive con falta de oxígeno. El experimento del carbono debe dar la respuesta definitiva y aportar ideas para la conservación y la navegación sin GPS.
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