Pesano meno di 50 grammi, volano di notte per migliaia di chilometri e raggiungono i quartieri di svernamento senza mappa. Da oltre 50 anni gli scienziati si chiedono come gli uccelli migratori percepiscano il debole campo magnetico terrestre. Il team di QuantumBirds mette alla prova una risposta da fantascienza: la bussola potrebbe trovarsi nell’occhio e funzionare grazie a fenomeni quantistici – e alla fine puoi scoprire che tipo di navigatore sei quando il telefono perde la copertura.
Gli uccelli canori migratori sono veri pesi piuma. Pesano meno di 50 grammi, eppure ogni anno percorrono di notte migliaia di chilometri per raggiungere i quartieri di svernamento. Lungo il tragitto usano più sistemi di navigazione contemporaneamente: osservano le stelle, memorizzano i punti di riferimento e seguono l’olfatto. In più sono in grado di percepire la direzione del debole campo magnetico terrestre.
Ed è qui che comincia il problema. La ricerca su questo senso va avanti da oltre 50 anni e il meccanismo resta ancora sconosciuto. Si sa che funziona. Non si sa come.
È proprio questa la domanda affrontata dal progetto QuantumBirds, finanziato dal Consiglio europeo della ricerca e coordinato dall’Università di Oxford. Per sette anni vi hanno lavorato specialisti di settori molto diversi: meccanica quantistica, chimica degli spin, biologia comportamentale e biochimica.
L’ipotesi che hanno messo alla prova è audace. Gli uccelli vedrebbero letteralmente il campo magnetico grazie a reazioni chimiche che avvengono nell’occhio. Peter Hore, uno dei ricercatori principali del progetto, non nasconde che suona strano: «A prima vista, l’idea che una reazione chimica possa fungere da bussola sembra assurda».
Non c’è da stupirsi. Come spiega Hore, la forza dell’interazione di una singola molecola con il campo magnetico terrestre è appena un milionesimo di quella di un tipico legame chimico. Uno stimolo del genere sembra troppo debole per cambiare qualcosa.
La chiave sta in proteine chiamate criptocromi, presenti nella retina degli uccelli. Secondo i ricercatori, sotto l’azione della luce vi si formano coppie radicaliche: sistemi di molecole di breve durata in cui accadono cose che ci si aspetterebbe di trovare più in un manuale di fisica quantistica che di biologia.
«Quando la luce colpisce queste proteine, le coppie radicaliche generate si trovano in uno stato di sovrapposizione quantistica», spiega Peter Hore. E aggiunge: «Dato questo delicato stato quantistico, la resa della reazione chimica è altamente sensibile alla direzione di un campo magnetico esterno».
In altre parole: l’efficienza con cui procede la reazione dipende da come l’uccello è orientato rispetto al campo terrestre. E poiché tutto avviene nell’occhio, l’informazione arriva direttamente dove serve. «In questo modo, i dati di navigazione vengono efficacemente codificati direttamente nel sistema visivo dell’uccello», afferma Hore.
La teoria è una cosa, ma servivano le prove. Il team ha dimostrato che il criptocromo-4a presente nel pettirosso europeo è sensibile ai campi magnetici deboli. I ricercatori lo considerano la prima evidenza diretta che questa molecola possiede una simile proprietà. Per l’ipotesi della bussola quantistica è un solido punto d’appoggio.
Per guardare così a fondo nell’occhio di un uccello, gli scienziati hanno dovuto prima costruirsi i propri strumenti. Tra questi:
L’ultimo è particolarmente importante, perché permette di osservare non solo le proteine stesse, ma anche la risposta delle cellule nervose.
Per l’occasione è emerso qualcosa di sorprendente. La parte interna della retina degli uccelli funziona in condizioni di carenza costante di ossigeno. Questo spiega perché lo studio di quella parte dell’occhio sia andato così a rilento per decenni: il laboratorio non riproduceva le condizioni di un organismo vivo.
Ora gli scienziati preparano un esperimento che dovrebbe chiudere la questione. «Siamo sul punto di ottenere una risposta definitiva grazie a un sofisticato scambio isotopico», annuncia Henrik Mouritsen, l’altro ricercatore principale.
L’idea è sostituire, nelle molecole di flavina dell’occhio dell’uccello, il carbonio-12 naturale con il carbonio-13, più pesante. Le simulazioni al computer hanno mostrato che una tale sostituzione dovrebbe modificare il modo in cui gli uccelli reagiscono ai disturbi causati dalle onde radio. Il team ha già messo a punto un modo per introdurre flavine con carbonio-13 negli occhi degli uccelli e conduce test comportamentali che dovranno mostrare se il cambiamento influisce sul loro senso dell’orientamento.
La posta in gioco è alta. «Un risultato positivo fornirà una prova inconfutabile di questa bussola quantistica», sottolinea Mouritsen.
Anche se è ricerca di base, i suoi risultati possono servire a scopi molto pratici. Comprendere come gli uccelli migratori scelgono la direzione potrebbe aiutare a indirizzarli verso habitat resilienti ai cambiamenti climatici invece che verso aree degradate. Meccanismi simili agiscono anche nei LED organici, perciò su questa base si potrebbero costruire sensori magnetici economici e non tossici. Un’altra idea sono i sistemi di navigazione in grado di funzionare dove il segnale GPS è bloccato o disturbato.
Gli uccelli canori potrebbero portare negli occhi una bussola quantistica. Il team di QuantumBirds ha dimostrato che il criptocromo-4a del pettirosso reagisce a un debole campo magnetico, ha costruito nuovi strumenti e ha scoperto che la retina interna vive con una carenza di ossigeno. L’esperimento sul carbonio dovrebbe dare la risposta definitiva e suggerire idee per la tutela della natura e la navigazione senza GPS.
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