渡り鳥はどのようにして地球の磁場を目で「見る」のでしょうか?

地球が最初に形成されたとき、それはまだ非常に高温の溶融球であり、さまざまな元素が球体全体を満たしていました。時間が経つにつれて、球体は徐々に「冷えて」いき、鉄やニッケルなどの重い元素がゆっくりと地球の中心に沈み、今日の核を形成しました。

地球の中心核の温度が非常に高いため、地球にあるすべての金属は液体になります。これらの液体金属が動くと、その内部の正電荷と負電荷の速度が異なり、それによって電流が発生し、地球の磁場が生成されます。

私たちが太陽風の「愛の打撃」から守られているのは、地球の磁場のおかげです。同時に、地球の磁場は地球上のあらゆる生物にも影響を与えます。これらの中で最も重要なのは、磁場によって提供されるナビゲーション情報です。

戦国時代にはすでに、地球の磁場を航海に利用する「シナン」という機器がありました。

他の生物、特に渡り鳥に関しては、渡りの際のナビゲーション手段として磁場も利用していることを科学者はずっと以前から発見してきました。

しかし、新たな疑問が浮かび上がります。これらの鳥はどのようにして地球の磁場を感知し、正しい飛行方向を維持するのでしょうか?

地球表面の磁場の強さは0.1～1ミリガウス程度と非常に弱いことを知っておく必要があります。

研究が深まるにつれ、科学者らは鳥の秘密を「掘り起こし」、鳥が磁場を感知する上で果たす重要な役割も発見した。これはクリプトクロム、別名Cryタンパク質とも呼ばれ、青色光に敏感なフラビンタンパク質の一種です。

写真はCry1タンパク質

1880年、ダーウィンは青色光が植物の成長に非常に抑制的な影響を与えることを記録しましたが、その後100年間、科学者は植物が青色光を感知できるようにする物質を発見しませんでした。

研究者らがシロイヌナズナの HY4 遺伝子が植物が青色光を感知するのに不可欠であることを発見したのは 1980 年になってからでした。

1993年、遺伝子の配列を解析した結果、この遺伝子に隠された青色光受容体がCryタンパク質であることが発見されました。

植物での発見から間もなく、科学者たちはCryタンパク質をコードする遺伝子が人体にも存在することを発見して驚きました。その後、ショウジョウバエとマウスの実験で、これらの動物にもクリプトクロム遺伝子が存在することが発見されました。

その時になって初めて、Cryタンパク質は真核生物に広く存在する光受容体タンパク質であることが認識されました。もちろん鳥も例外ではありません。

動物では、Cry タンパク質は主に神経組織、特に光感受性に関連する組織に集中しています。たとえば、網膜は Cry タンパク質が最も活発に働く組織の 1 つです。明らかに、Cry タンパク質は動物において光によって制御されるすべての生理活動に関与しています。

実際、鳥の渡りや航行も光の影響を受けることがずっと以前から発見されていました。

鳥は日中に飛んでいるときは方向感覚が鋭いのですが、夜間は迷いやすいため、地磁気知覚の理論だけではこの現象をうまく説明できません。そのため、 Cryタンパク質は実際に鳥が地球の磁場を感知するのに関与しているのではないかと提唱する人もいます。

鳥の目が光にさらされると、Cryタンパク質がスピンを持つフリーラジカルのペアを形成します。量子物理学における「パウリの排他原理」によれば、同じ軌道上の電子は常に反対のスピン方向を持ちます。

この状態が外部要因の影響を受けると、電子の 1 つが励起され、「離脱」します。

しかし、Cry タンパク質では、2 対の電子は励起された後も長時間絡み合った状態を維持できます。つまり、両者がどれだけ離れていても、一方の行動は他方に影響を与えるということです。これはアインシュタインが「遠隔作用の不気味さ」と呼んだものです。

このようにして、地球の磁場は「パフォーマンス」を開始します。

電子対が地球の磁場の影響を受けると、そのスピン状態は変化します。しかし、Cryタンパク質は「ねじれた」状態を長時間維持できるため、電子は逃げることなく基底状態軌道に戻り、その後も地球の磁場によって励起され続けてスピン状態を変化させます。

この継続的な相互作用により、鳥は地球の磁場を継続的に感知することができます。

さらに、網膜の異なる場所にある CRY タンパク質は異なる磁場を感知し、網膜の異なる領域での Cry タンパク質の活動に違いが生じ、光の知覚に影響を与えます。

しかし、これは悪いことではありません。なぜなら、光に対する感度の違いにより、鳥は現在の方向を知ることができるからです。したがって、鳥の視点から見ると、視野には見える景色だけでなく、方向を判断するのに役立つ明暗の違いも含まれます。

鳥は独自のナビゲーションシステムを持っていると言っても過言ではありません。これは方向感覚に欠ける人にとっては本当にうらやましいことです。