Ny viden om trækfugles navigation

Opdagelsen, der er støttet af Lundbeckfonden, kan muligvis blive relevant i forbindelse med udvikling af næste generation supercomputere – de såkaldte kvantecomputere.

Et af de spørgsmål, som længe har optaget biologer, handler om hvordan trækfugle bruger Jordens magnetfelt som et kompas – og på den måde kan navigere præcist, når de flyver om natten.

En række teorier har gennem årene været undersøgt, og nu er der kommet helt ny viden.

I en artikel, som netop er offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Nature, kan et internationalt forskerhold vise:

At et molekyle fra en natflyvende trækfugls nethinde, der har været foreslået som et ’kompasmolekyle’, rent faktisk er magnetisk sensitivt.

Den trækfugl, som indgår i studiet, er rødhals (Erithacus rubecula) – en meget almindelig fugl i Danmark, også kendt som rødkælk.
Men det lysfølsomme protein, der er undersøgt (CRY4), findes også i nethinden hos andre natflyvende trækfugle, viser DNA-undersøgelser.

Hypotesen om at et særligt lysfølsomt molekyle i en natflyvende trækfugls øje kunne være krumtappen i en biologisk funktion, som vil gøre fuglen i stand til at bruge Jordens magnetfelt som kompas, blev lanceret i 1978 af den tyske biofysiker Klaus Schulten.

”Og det er den ide, vi har arbejdet videre med”, fortæller Henrik Mouritsen. Han er biolog og professor i neurovidenskab ved det tyske Carl von Ossietzky Univerzität i Oldenburg.
Henrik Mouritsen har sammen med professor Peter Hore fra Kemisk Institut ved det britiske University of Oxford stået i spidsen for den videnskabelige undersøgelse.

Arbejdet er blandt andet støttet af European Research Council, US Air Force, Deutsche Forschungsgemeinschaft og Lundbeckfonden.
En af de forskere, som har deltaget i arbejdet, er Ilia Solov’yov, Lundbeckfonden Fellow fra 2014. Han er i dag professor i fysik ved universitetet i Oldenburg.

DNA-undersøgelser gav svar

For at udrede CRY4 – det protein i rødhalsens nethinde, som forskerne antog kunne være nøglen til at forstå fuglens kreative navigations-udnyttelse af Jordens magnetfelt – var det nødvendigt at skaffe en vis mængde af proteinet. Og det gør man ikke sådan ’bare’.

Men fordi forskerne nu var nået så langt, at de kendte den sekvens i fuglens DNA, som producerer CRY4, kunne de sætte denne kode ind i bakterier – som herefter masseproducerede proteinet.

Proteinprøverne blev sendt til University of Oxford – og her kiggede man på de 527 aminosyrer, CRY4 er opbygget af.

Kvantemekaniske beregninger viste, at fire af de 527 aminosyrer i samvirke med et vitaminmolekyle måtte antages at ligge bag eventuelle magnetiske egenskaber knyttet til proteinet i rødhalsens nethinde.

Og denne antagelse, som blandt andet hvilede på Ilia Solov’yov’s beregninger, viste sig at holde stik, da den blev efterprøvet i laboratorieforsøg:

For når de fire aminosyrer og vitaminmolekylet blev påvirket af lys, dannedes såkaldte radikalpar bestående af to u-parrede elektroner.
Og disse radikalpar blev påvirket af et magnetfelt.

”Vi vurderer, at disse resultater er meget vigtige, fordi de for første gang viser, at et molekyle fra en trækfugls synsapparat er følsomt i forhold til et magnetfelt”, siger professor Henrik Mouritsen.

Antagelsen er derfor, at det samme sker i øjet hos rødhalsen og andre trækfugle, der flyver om natten – og at det hjælper dem til at finde vej.

”Men sige det med 100 procents sikkerhed kan vi jo ikke, før vi har undersøgt det inde i øjet hos en af disse trækfugle. Problemet er bare, hvordan man gennemfører et sådant forsøg? Og det har vi ikke fundet ud af endnu”, siger professor Henrik Mouritsen.

Hvis den reaktion, der kunne konstateres i laboratoriet, viser sig at afspejle, hvad der sker i en natflyvende trækfugls øje, kan det få betydning inden for udvikling af næste generation supercomputere – de såkaldte kvantecomputere, som skal kunne håndtere enorme mængder data.

I så fald har man nemlig fået adgang til vitale informationer om en kvantemekanisme, som i dette tilfælde gør dyr i stand til at registrere ekstremt svage signaler fra omverdenen.
Det er signaler, der er op til en million gange svagere end de svageste signaler, man har troet dyr kunne sanse.