La búsqueda para entender cómo el campo magnético de la Tierra señala el camino para las aves

Un grupo de agachadizas de cola barra aterriza (Lima) en la laguna de Orielton en Tasmania. Foto: JJ Harrison/Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

Cada otoño, la aguja colibarda emprende un vuelo sin escalas desde Alaska hasta Nueva Zelanda, un viaje de más de 11 260 kilómetros. Innumerables otras aves también se van, dirigiéndose a lugares más cálidos antes de regresar en primavera. Cómo hicieron esto sin perderse sigue siendo un misterio hasta el día de hoy.

Los científicos están seguros de que las aves deben estar usando algún tipo de brújula magnética biológica, pero no han descubierto cómo funciona este sistema. Ahora que el campo se está calentando, las últimas investigaciones se están desviando de una teoría de larga data y respaldan algunas alternativas interesantes.

Las pistas se han ido acumulando durante décadas. En la década de 1960, los investigadores descubrieron que los petirrojos europeos pueden sentir de alguna manera el campo magnético de la Tierra. En las décadas posteriores, los científicos han aprendido que los petirrojos y otras aves utilizan este campo magnético, creado por el movimiento del hierro en el núcleo de la Tierra, como dispositivo de navegación. Las aves combinan esta guía con información derivada del sol, las estrellas y puntos de referencia geográficos para completar sus viajes.

Pero una pregunta desconcertante es qué receptores biológicos usan las aves para detectar campos magnéticos.

«Los experimentos clave realizados por un grupo en Alemania muestran claramente la existencia de la inducción magnética. Ahora, más de 50 años después, todavía no entendemos realmente cómo funciona», dice el neurocientífico David Keays del Instituto de Patología Molecular de Viena.

Hoy, los investigadores se están enfocando en tres formas posibles en que la inducción magnética podría funcionar. Una idea involucra un hierro magnético, llamado magnetita, que actúa como una especie de brújula dentro de la celda, girando para alinearse con el campo magnético. Otro contendiente, conocido como el mecanismo del par de radicales libres, depende de las reacciones químicas en el ojo de pájaro que están influenciadas por el campo magnético de la Tierra. La tercera hipótesis sugiere que cuando un pájaro se mueve a través del campo magnético de la Tierra, genera pequeñas corrientes eléctricas en el oído interno de la criatura.

En los tres casos, se genera una señal y se pasa al cerebro del ave para su procesamiento y traducción en orientación. Echa un vistazo a cada uno de ellos a continuación.

probar su metal

La idea de la magnetita ha sido estudiada durante mucho tiempo.Aunque esto es biológicamente posible – ciertos tipos de bacterias nadadoras Utilice minerales de hierro para ubicarse: la evidencia de animales superiores sigue siendo esquiva y los informes dispersos no siempre son reproducibles.

«La historia de la literatura sobre magnetita de vertebrados es básicamente, ‘Encontré magnetita aquí’, ‘Encontré magnetita aquí’, ‘Encontré magnetita aquí’, pero no va mucho más allá», dijo el biólogo Henrik Mouritsen, quien investigó la magnetorrecepción en petirrojos y sombreros negros europeos y fue coautor de una descripción general de 2016 sobre el tema Revisión anual de biofísica.

Morrison, de la Universidad de Oldenburg en Alemania, quería probar la hipótesis de la magnetita utilizando la herramienta clásica de un biólogo: tomar algo de un animal y ver qué sucede con su comportamiento. Si la magnetita es esencial para la navegación, la destrucción de las células que contienen magnetita puede afectar la capacidad de las aves para encontrar su camino. Pero para que esta estrategia de investigación funcione, los científicos necesitan saber dónde encontrar magnetita en los petirrojos. Incluso si lo encontraran, «todavía hay un largo camino por recorrer desde que se demuestre que una célula contiene hierro hasta que se demuestre que su magnetita está conectada a tejido neuronal de alguna relevancia biológica», dijo Mouritsen.

Un gran golpe a la teoría de la magnetita es que la brújula de un pájaro detecta solo el eje del campo magnético, no su polaridad, dijo Peter Hall, químico de la Universidad de Oxford, coautor del estudio. auditoría anual Papel. A diferencia de las agujas de las brújulas que usan los humanos, que se basan en la polaridad del campo magnético para señalar el polo norte magnético, las aves saben en qué dirección está el polo magnético más cercano, pero no pueden distinguir entre el norte y el sur. Entonces, cuando los científicos invierten el campo magnético en el laboratorio, las aves no perciben el cambio y siguen yendo en la misma dirección.

Pero las partículas de magnetita responden a los campos magnéticos invertidos apuntando en la dirección opuesta, como una brújula. Si las aves confían en la magnetita, sentirán el cambio y darán la vuelta y se dirigirán en la dirección opuesta.

¿Tienes ojos?

Hall dijo que la gran cantidad de evidencia que los científicos han reunido se inclina hacia otra idea conocida como la hipótesis del par radical. Mouritsen también favorece la idea, que se basa en una proteína en los ojos de las aves llamada criptocromoCuando la luz llega al criptocromo, una reacción dentro de la proteína crea un par de moléculas llamadas un par de radicales libres. Cada una de las dos moléculas del par tiene un número impar de electrones y cada molécula tiene un electrón desapareado. Estos dos electrones adicionales pueden tener espines en la misma dirección (o paralela) u opuesta (antiparalela), y también pueden alternar entre estos dos estados.

De acuerdo con la hipótesis del par de radicales libres, el campo magnético de la Tierra afecta la probabilidad de que los espines sean paralelos o antiparalelos. No se sabe con certeza cómo estos giros se traducen en brújulas, pero los científicos sospechan que, a vista de pájaro, las reacciones bioquímicas, los dos estados de giro pueden conducir a diferentes cantidades de productos químicos. Estos productos pueden afectar las señales enviadas desde la retina del ave al cerebro, haciéndolo consciente del campo magnético.

Keays está de acuerdo en que un mecanismo basado en pares de radicales libres en lugar de magnetita podría permitir que las aves detecten campos magnéticos. Pero dado que el sistema de pares de radicales libres se basa en la luz que incide en los ojos del pájaro, cree que puede haber más de un mecanismo en funcionamiento. «Parece contradictorio tener un sensor magnético que depende de la luz cuando vuelas de noche», dijo.

o tal vez las orejas

Keays está probando una hipótesis olvidada hace mucho tiempo, Propuesto por primera vez en 1882, cuando un pájaro vuela a través del campo magnético de la Tierra, sus orejas generan pequeñas corrientes eléctricas. Esto sucederá a través de la inducción electromagnética, similar a cómo un imán que se mueve en una bobina crea una corriente eléctrica en un cable. Los receptores extremadamente sensibles captan los pequeños voltajes inducidos en el oído interno del ave y envían la señal al cerebro.

Se cree que la inducción electromagnética es plausible en tiburones y rayas, que pueden detectar corrientes eléctricas en el agua de mar. El mismo sistema de inducción eléctrica podría actuar como una especie de cable biológico, en el que se pueden inducir corrientes eléctricas, lo que permitiría a los animales sentir el campo magnético de la Tierra.

Para probar si la detección podría funcionar en animales terrestres como las aves, Kays construyó un modelo simple a escala del oído interno de una paloma: un tubo de plástico lleno de un líquido conductor. Cuando colocó el modelo en un campo magnético giratorio, efectivamente, Inducir una pequeña corrienteKeays sospecha que el comportamiento de las palomas que giran la cabeza rápidamente para escanear su entorno durante el vuelo también puede ayudar a aumentar el voltaje en los oídos de las aves. También encontró un electrorreceptor muy sensible en el oído interno de la paloma, que es exactamente donde se necesita que funcione la inducción.

Aunque los científicos en el campo están descubriendo una gran cantidad de evidencia nueva e interesante, la prueba final que eventualmente revelará cómo las aves «sienten» los campos magnéticos aún no se ha ideado, dijo Hall. «Lo que necesitamos es un experimento asesino que pueda probar de una vez por todas si es realmente un par radical y si es realmente un criptocromo. Pero es muy difícil encontrar algo».