Toksyczny biokompas

Anion ponadtlenkowy (O₂^-) jest wolnym rodnikiem i stanowi pierwszy produkt pośredni w łańcuchu redukcji tlenu cząsteczkowego. Wydaje się też, że mimo swojej toksyczności odgrywa podstawową rolę w migracji ptaków. To dzięki niemu nasi skrzydlaci przyjaciele "widzą" pole magnetyczne Ziemi (Biophysical Journal).

Opisywane odkrycie jest dziełem przypadku. Ilia Solov, współpracownik głównego badacza Klausa Schultena z University of Illinois w Urbana-Champaign, nie wiedział, że anion ponadtlenkowy jest toksyczny. Stwierdził za to, że to idealny partner reakcji, która miałaby zachodzić z kryptochromem w ptasim oku.

Kryptochromy są receptorami światła niebieskiego i występują u roślin oraz zwierząt. Przed 9 laty Schulten jako pierwszy postulował, że białka te stanowią sedno ptasiego zmysłu geomagnetycznego i potwierdził to później eksperymentalnie. Jego przypuszczenia były logiczną konsekwencją odkrycia, że pole magnetyczne może oddziaływać na reakcje chemiczne, jeśli przebiegają na tyle szybko, by podlegać czystej mechanice kwantowej. Przed naszym studium myślano, że to niemożliwe, ponieważ pole magnetyczne wpływa na cząsteczki zbyt słabo.

Jak tłumaczy Schulten, takie reakcje chemiczne angażują transfer elektronów, co skutkuje swobodną zmianą spinów, działających jak osiowe kompasy.

Kiedy pole magnetyczne się zmienia, np. podczas manewrów wykonywanych przez ptaka, zmienia się też biokompas w oku i dzięki temu zwierzę widzi, jak obrany przez niego kierunek ma się do północy lub południa.

Inni badacze zauważyli, że kryptochrom, działając za pośrednictwem własnego spinu, wyszukuje reagenty o tzw. spinie zerowym. Sugerowali, że warunki spełnia tlen cząsteczkowy. My twierdzimy, że nie chodzi o łagodny tlen, którym wszyscy oddychamy, lecz o jego bliskiego kuzyna o ujemnym ładunku elektrycznym.

Początkowo Schulten zlekceważył propozycje Solova, potem jednak zmienił zdanie. Zdałem sobie sprawę, że toksyczność jest tu tak naprawdę kluczowa. Organizm dysponuje wieloma mechanizmami zmniejszającymi ilość anionu ponadtlenkowego, zabezpieczając się w ten sposób przed uszkodzeniami komórkowymi. Daje to pewne korzyści, jako że jon musi występować w niewielkich, ale nie zbyt małych, stężeniach, by biokompas działał prawidłowo.

W oczach ludzi również występuje kryptochrom, ale my nie widzimy pola elektromagnetycznego Ziemi. Ponieważ O₂^- przyspiesza procesy starzenia, nasza ewolucja przedłożyła długowieczność nad zdolności orientacyjne.

anion ponadtlenkowy wolny rodnik toksyczny ptaki biokompas kryptochrom