Это открытие также подтверждает теорию исследователей о том, что чувство магнитного компаса у этих птиц основано на квантово-механическом эффекте (известном как механизм радикальной пары), расположенном в их глазах. Для этого исследования команда объединила поведенческие эксперименты со сложными квантово-механическими вычислениями на суперкомпьютере.

Моуритсен, Хор и его коллеги уже продемонстрировали в 2014 году, что электросмог (электромагнитный шум, создаваемый человеком) в диапазоне радиоволн AM, например, создаваемый бытовыми электроприборами, ухудшает способность перелетных птиц использовать магнитное поле Земли для ориентации (известное как магниторецепция).

Они утверждают, что этот слабый электросмог, безвредный для человека, влияет на сложные квантово-физические процессы в определенных клетках сетчатки перелетных птиц, которые позволяют им ориентироваться с помощью относительно слабого магнитного поля Земли. Но влияет ли электросмог также на свободно летающих птиц, таких как перелетные птицы на большие расстояния, численность которых в течение некоторого времени сокращалась по неизвестным причинам, остается неясным.

Светочувствительный белок под названием криптохром

В текущем исследовании исследователи более внимательно рассмотрели связь между квантово-механическим механизмом, который, как они подозревают, лежит в основе магнитного восприятия птиц, и нарушением этого механизма радиоволнами. Их цель состояла в том, чтобы найти дополнительные доказательства того, как функционирует чувство магнитного компаса, и таким образом обеспечить основу для дальнейших исследований разрушительного воздействия на миграционное поведение птиц. В центре их интереса была частота среза, выше которой навигация перелетных птиц остается незатронутой, поскольку определение этого значения позволяет сделать выводы о свойствах фактического магнитного датчика у птиц. Их теория заключается в том, что этот датчик представляет собой светочувствительный белок под названием криптохром 4, который обладает необходимыми магнитными свойствами.

Первоначальное теоретическое предсказание ученых состояло в том, что частота среза будет находиться где-то между 120 и 220 мегагерцами в диапазоне очень высоких частот (УКВ), поэтому команда провела поведенческие эксперименты с евразийскими черными шапками, используя различные полосы частот в пределах этого диапазона. В исследовании, опубликованном в 2022 году, исследователи уже продемонстрировали, что радиоволны частотой от 75 до 85 мегагерц влияют на восприятие магнитного компаса этими маленькими певчими птицами. Эти эксперименты показали, что их магнитный компас переставал работать, когда они подвергались воздействию этих радиочастот, но исправно работал без воздействия. Черные шапки - это мигранты на большие и средние расстояния, которые могут преодолевать большие расстояния во время своей ежегодной миграции

Высокочастотные радиоволны не влияли на чувство компаса

В текущем исследовании команда, возглавляемая Моуриценом и Хором, а также двумя ведущими авторами - биологом Бо Леберехтом и химиком Сиу Ин Вонгом, оба из Ольденбургского университета, - провела эксперименты с частотами от 140 до 150 мегагерц и от 235 до 245 мегагерц. Они обнаружили, что радиоволны в обоих этих диапазонах частот не влияют на чувство магнитного компаса птиц, что подтвердило теоретические предсказания ученых.

Исследователи также выполнили модельные расчеты, в которых они смоделировали квантово-механические процессы внутри белка криптохрома. На основе этих расчетов они смогли еще больше сузить частоту среза - до 116 мегагерц. Согласно моделированию, радиоволны выше этой частоты оказывали бы лишь слабое влияние на магнитную ориентацию птиц. Это предсказание подтвердилось результатами экспериментов. "Наши эксперименты вместе с подробными теоретическими предсказаниями дают убедительные доказательства того, что магниторецептор компаса у перелетных птиц основан на паре радикалов, содержащих флавин, а не на рецепторе совершенно другого типа, например, на основе магнитных наночастиц", - объясняет Моурицен.

Сети мобильной связи не ухудшают магнитное восприятие птиц

Более глубокое понимание магниторецепции важно для улучшения защиты мигрирующих птиц. Это может дать представление о ключевых вопросах, таких как, например, какой вид электромагнитного излучения сбивает птиц с курса, и поэтому его следует избегать в таких районах, как природные заповедники, где перелетные птицы останавливаются на отдых. Моуритсен подчеркивает, что в то время как радиоволны, используемые в радио- и телевещании или CB-радио, играют решающую роль в нарушении магниторецепции, сети мобильной связи не ухудшают магнитное восприятие птиц: "Все используемые здесь частоты превышают соответствующий порог".

Это исследование является результатом работы Центра совместных исследований (CRC) "Магниторецепция и навигация у позвоночных: от биофизики к мозгу и поведению", представителем которого является Моурицен. Международная команда CRC включает исследователей из широкого спектра дисциплин, включая нейробиологию, квантовую физику, биохимию, компьютерное моделирование и биологию поведения. Помимо Ольденбургского университета, в CRC также участвуют Институт исследований птиц "Фогельварте Гельголанд" (IfV) в Вильгельмсхафене, Свободный университет Берлина, Рурский университет в Бохуме и Научный институт Вейцмана в Реховоте (Израиль). Три исследователя из Оксфордского университета (Великобритания) связаны с CRC в качестве стипендиатов Mercator.