Животные воспринимают магнитное поле, используя квантовые эффекты

Новости МирТесен

Некоторые животные обладают рецепторами, чувствительными к магнитному полю, и, как установили физики, их работа осуществляется вблизи квантовых эффектов. Ученые полагают, что детальное исследование этих рецепторов позволит разработать более миниатюрные устройства для обнаружения магнитных полей.

Многие организмы используют магнитное поле Земли для ориентации — это касается птиц, бабочек, рыб, летучих мышей и даже бактерий. У животных в процессе эволюции развились разные типы магнитных сенсоров: радикальные пары, индукционные механизмы и магниторецепция на основе магнетита, минерала из оксидов железа, содержащегося в их организме.

Радикальные пары обнаруживают взаимодействие между неспаренными электронами, ассоциированными с конкретными молекулами. Энергия магнитного поля преобразуется в электричество посредством индукции, а нервная система животного фиксирует этот электрический заряд. Магниторецепция, основанная на магнетите работает за счет восприятия движения или смены ориентации крошечных кристаллов железа в теле животного, подобно ориентации по компасу.

Группа ученых из Университета Крита (Греция) решила изучить, как чувствительность животных к магнитному полю зависит от типа используемых сенсоров. В качестве отправной точки они выделили ключевые параметры оценки магнитных сенсоров: объем, время отклика и погрешность при определении интенсивности магнитного поля. Исследователи также отметили, что для микроскопических сенсоров эти параметры могут быть чрезвычайно малыми, однако физические ограничения, связанные с постоянной Планка, накладывают предел на работу таких структур.

Физики считают, что биологические сенсоры могут быть оценены на основе способности некоторых животных воспринимать магнитное поле с чувствительностью, близкой к теоретическому минимуму. Это обусловлено их небольшими размерами и способностью фиксировать очень слабые колебания магнитного поля. Вместо измерения этих параметров, исследователи использовали обратный подход: начали с квантового предела и определили ранее неизвестные характеристики.

Авторы исследования выяснили, по результатам исследований установлено, что не менее двух биологических магниторецепторов, участвующих в восприятии химических реакций у разных видов животных, способны функционировать на границе квантового уровня чувствительности к магнитным полям или в непосредственной близости от нее. Работа опубликована в журнале PRX Life.

По результатам проведенных расчетов, индукционные механизмы не обеспечивают достижение квантового предела чувствительности. Вместе с тем, радикально-парные механизмы и системы, использующие магнетит, потенциально способны приблизиться к максимально возможной точности при обнаружении магнитных полей.

Физики полагают, что это открытие способно привести к разработке более точных приборов для регистрации магнитных полей.