محققان دریافتهاند که دو نوع حسگر مغناطیسی زیستی میتوانند میدانهایی نزدیک به حد کوانتومی را حس کنند؛ یافتهای که قادر است طراحی دستگاههای ساخته شده در آزمایشگاه را هدایت کند.

غازهای کانادایی، پروانههای سلطنتی (مونارک)، کوسههای سر چکشی و ماهیهای سالمون قرمز از جمله بسیاری از گونههای جانوری هستند که در سراسر جهان با حس کردن تغییرات کوچک در میدان مغناطیسی زمین جهت یابی میکنند. مطالعات قبلی روی این موجودات چندین نوع حسگر را تشخیص داده اند، مانند واکنشهای شیمیایی حساس به میدان مغناطیسی و ساختارهای سلولی شبیه به قطبنما، اما هنوز مشخص نشده که این به اصطلاح گیرنده های مغناطیسی بیولوژیکی چقدر حساس هستند.
حالا یانیس کومینیس و افتمیس گودیناکیس Iannis Kominis and Efthmis Gkoudinakis از دانشگاه Crete در یونان، محدوده حسگری سه نوع اصلی گیرنده های مغناطیسی بیولوژیکی را محاسبه کرده و نشان دادهاند که دو تا از آنها احتمالاً میتوانند میدانهای مغناطیسی با مقادیر نزدیک به حد کوانتومی برای تشخیص میدان مغناطیسی را حس کنند [1].
عملکرد یک حسگر مغناطیسی را میتوان با سه پارامتر توصیف کرد: حجم آن، زمان اندازهگیری آن و عدم قطعیت در تخمین میدان مغناطیسیاش. هر یک از این را پارامترها میتوان کوچک کرد، اما برای کوچک شدن تجمیعی آنها حدی وجود دارد که بر اساس ثابت پلانک تعیین میشود، پارامتری که بسیاری از پدیدههای کوانتومی را تعریف میکند. تمام مغناطیسسنج های شناخته شده ی ساخت آزمایشگاه، از این حد کوانتومی تبعیت میکنند. به دلیل اندازه کوچک و تغییرات میدانی کوچکی که حس میکنند، تصور میشود که مغناطیسسنجهای زیستی در نزدیکی این حد عمل کنند. اما زیستشناسان نتوانسته بودند تمام پارامترهای مربوطه را به دقت تعیین کنند.
برای رفع این مشکل، کمینیس و گودیناکیس به صورت معکوس کار کردند و از حد کوانتومی برای تعیین محدوده پارامترهای ناشناخته استفاده کردند. آنها دریافتند که دو گیرنده مغناطیسی زیستی که هر دو شامل واکنشهای شیمیایی وابسته به میدان مغناطیسی هستند، میتوانند دقیقاً در این حد یا نزدیک به آن عمل کنند. کمینیس میگوید “این یافته میتواند به محققان کمک کند تا دستگاههای حسگر مغناطیسی آینده را طراحی کنند. اگر [دانشمندان] میخواهند حساسترین اندازهگیریها را انجام دهند، باید به سمت کوانتوم برویم. تقلید از گیرنده های مغناطیسی زیستی می تواند چنین مهندسی کوانتومی را راهبری کند “.
1. K. Kominis and E. Gkoudinakis, “Approaching the quantum limit of energy resolution in animal magnetoreception,” PRX Life 3, 013004 (2025).
منبع:
Biological Magnetic Sensing Comes Close to Quantum Limit
ترجمه خبر: شهره کرمی
نویسنده خبر: مریم ذوقی