Busola magnetică din urechea porumbeilor, pusă sub semnul întrebării de un studiu teoretic
Un studiu teoretic recent analizează ipoteza conform căreia porumbeii își detectează câmpul magnetic terestru prin semnale electrice generate în urechea internă. Concluzia cercetării este că acest mecanism nu ar putea furniza informații direcționale suficient de rapide pentru a funcționa ca o busolă, din cauza zgomotului electric produs chiar în interiorul presupusului senzor.
Daniel Kattnig, fizician la Universitatea din Exeter, a testat această propunere într-un studiu publicat în Journal of the Royal Society Interface. Analiza sa contestă mecanismul, dar lasă neexplicată o observație intrigantă: câmpurile magnetice activează în continuare zone din creierul porumbelului conectate la urechea internă.
Baza fizică a ipotezei
Ideea electrică are o bază fizică reală. Rotirea unei bucle conductoare într-un câmp magnetic poate genera o tensiune, iar canalele semicirculare ale urechii interne, care ajută în mod normal la detectarea rotației capului, conțin un fluid sărat care conduce electricitatea. Pentru un studiu din 2019 publicat în Current Biology, cercetătorii au generat semnale electrice într-un model de laborator mărit al unui canal. De asemenea, au identificat componente moleculare asociate cu detectarea electrică în țesutul urechii interne de porumbel.
Cercetări ulterioare conduse de Gregory Nordmann și colegii săi, publicate în Science, au întărit cazul biologic. Stimularea magnetică a activat regiuni cerebrale conectate la sistemul de echilibru, chiar și atunci când a fost generată în întuneric. Echipa a identificat, de asemenea, celule senzoriale specializate care exprimă gene pentru canale sensibile la tensiune, asociate cu detectarea electrică.
Limitele impuse de zgomotul electric
Pentru noul studiu, Kattnig a modelat un canal ca un inel mic de fluid conductor, întrerupt de o barieră gelatinoasă numită cupulă. El a tratat inițial bariera ca un izolator electric perfect, oferind condiții favorabile senzorului propus, împiedicând scurgerea sarcinilor prin ea. Pentru un inel de circa 5 milimetri diametru, rotindu-se la o viteză raportată în timpul mișcărilor rapide ale capului de porumbel, tensiunea prezisă a atins aproximativ 12 miliardimi de volt.
Această tensiune este minusculă, dar nu automat inutilizabilă. Problema reală este că mișcarea termică aleatorie a sarcinilor electrice creează fluctuații care pot acoperi semnalul. În modelul lui Kattnig, aceste fluctuații au copleșit semnalul magnetic. Filtrarea nu rezolvă problema: îngustarea intervalului de frecvențe admise de senzor reduce zgomotul, dar restricționează și viteza cu care pot ajunge informațiile, în timp ce capul porumbelului continuă să se rotească.
Informația direcțională, insuficientă
Pentru a funcționa ca o busolă, sistemul trebuie să asocieze schimbările semnalului său electric cu direcții particulare ale capului. Kattnig a folosit teoria informației pentru a estima cât de repede ar putea transmite sistemul afectat de zgomot informații direcționale. Chiar și senzorul idealizat a reușit doar aproximativ 0,15 biți pe secundă. Exemplul său de scanare rapidă, capabilă să distingă direcții la 5 grade distanță, necesita peste 560 de biți pe secundă. Astfel, chiar și senzorul idealizat a rămas de mii de ori sub rata de informație necesară.
Permiterea scurgerii electrice a slăbit și mai mult semnalul. În condițiile modelate, celule mai sensibile sau procesare cerebrală suplimentară nu ar putea recupera informația direcțională pe care senzorul nu a reușit să o furnizeze suficient de rapid.
Un puzzle rămas deschis
Observațiile biologice indică un răspuns magnetic asociat cu sistemul de echilibru, dar acest mecanism particular de inducție nu poate explica în mod adecvat o busolă funcțională. Ar fi nevoie de o altă configurație senzorială sau de un proces fizic diferit. Orice mecanism alternativ ar trebui să explice de ce stimularea magnetică activează regiuni cerebrale asociate cu urechea internă, oferind totodată suficiente informații direcționale pentru ca pasărea să navigheze.
