Forskere på sporet av gammelt mysterium: Slik «ser» trekkfugler magnetfelt

Hvordan i all verden klarer fugler å fly etter jordas magnetfelt, som er så svakt? Svaret ser ut til å ligge helt ned på det atomære.

Bildetekst kommer her.

LYSRESPONS: Ved å utsette celler for blått lys fant forskere forskjeller i responsen fra cellen, avhengig av magnetfeltet.

Foto: IKEYA AND WOODWARD

Navigasjon hos fugler, amfibier og fisk styres av mange ting.

Som lys, lyd, lukt, temperatur, fuktighet. Og magnetfelt. Alle disse sensorene er regnes som å være relativt godt forstått. Med unntak av det siste.

For hvordan klarer dyr, spesielt fugler, å finne fram til de samme områdene år etter år, etter å ha tilbrakt vinteren i varmere strøk?

Spørsmålet har opptatt forskere i flere tiår.

Nå har en teori som ble introdusert av den tysk-amerikanske biofysikeren Klaus Schulten så tidlig som på 1970-tallet, fått ny vind i seilene.

– Schulten ble ikke trodd. Det ble ansett som litt for fantasirikt! Men nå viser det seg altså at det hadde noe for seg, forteller professor Trygve Helgaker.

Hans fagfelt er noe så spennende som kvantekjemi. Han er tilknyttet Universitetet i Oslo, og har med interesse lest en ny japansk studie.

– Dette er ganske så spennende, sier Helgaker til NRK.

Så hva er det egentlig forskerne ved universitetet i Tokyo har sett på?

Bakgrunn

Før vi dykker inn i forskninga, må vi først forstå at styrken på magnetfeltet rundt jorda forandrer seg når man beveger seg fra nord til sør.

For eksempel er styrken på magnetfeltet rundt 50 mikrotesla her i Norge. Det kan gå ned til omtrent halvparten når man reiser til Sør-Afrika eller Sør-Amerika.

Det forteller Lars Egil Helseth. Han er professor ved Institutt for fysikk og teknologi ved Universitetet i Bergen.

Lars Egil Helseth ved UiB.

FORSKER: Lars Egil Helseth ved UiB.

Foto: UiB

– Til sammenligning vil en sterk kjøleskapsmagnet ha et magnetfelt på over 50 millitesla. Altså minst 1000 ganger sterkere enn feltet fra jorden.

Det som er spesielt, er at variasjonene i magnetfeltet rundt jorden er så ufattelig små. Det har derfor vært vanskelig å forstå hvordan dyrene faktisk kan finne retningen uten å ha et magnetisk materiale som kompass inne i seg.

Forskningen har etter hvert beveget seg i retning kvantefysikk for å finne en passende forklaring, skriver The Debrief.

Det er her studien fra universitetet i Tokyo kommer med sitt bidrag som vekker entusiasme hos professor Helgaker.

Dobbeltbekkasin

Dobbeltbekkasinen gjør unna turen fra Norge til Etiopia på mellom to til fire døgn. Da flyr den også rimelig kjapt, nemlig mellom 80 og 90 kilometer i timen.

Foto: Kjarten Trana

To teorier

At fugler bruker jordas magnetfelt til navigering, har vært kjent lenge.

Men nøyaktig hvordan det skjer har altså vært en vanskeligere nøtt å knekke.

Det eksisterer to teorier.

Den ene teorien handler om hvordan forskere mener å ha sett magnetiske nanopartikler i hodet på fugler, som nærmest fungerer som en vanlig magnet.

Men man har ikke med sikkerhet kunne påvise at disse styrer det indre magnetiske kompasset, selv om man ikke kan utelukke det.

Den andre teorien involverer kvantemekanikk. Helt ned på det atomære.

Ifølge denne teorien bruker fuglene øynene til å «se» jordens magnetfelt.

– Magnetfeltet varierer litt rundt kloden, men er så svakt at en skulle ikke tro det var i stand til å påvirke noe biologisk. Så hvordan i all verden kan fugler fornemme dette? Det er det denne studien har kastet nytt lys over, forteller Helgaker ved UiO.

Dette er litt kompliserte saker. Du finner en forenklet gjennomgang i faktaboksen under.

Har du ikke tid til å lese den, følger en kort oppsummering fra Helgaker her:

  • Et molekyl i øyet på fuglen tar imot energien fra et foton (lyspartikkel).
  • Når det gir fra energien igjen, skjer det en kjemisk reaksjon som er sterkere jo sterkere magnetfeltet er.
  • Dette setter i gang nervesignaler i hjernen. Slik kan fuglene ikke bare se lys, men på en måte også magnetfeltene.

Blått lys

De japanske forskerne har brukt lys inn mot det ultrafiolette.

Ifølge studien ble cellene først utsatt for blått lys. Det gjorde at de glødet i rundt 40 sekunder.

Prof. J. R. Woodward.

STÅR BAK STUDIEN: – Det er også viktig å huske at dyr bruker en rekke miljømerker for å navigere. Ikke bare det geomagnetiske feltet, forteller professor Jonathan R. Woodward ved Tokyo-universitetet.

Foto: Universitetet i Tokyo

Når de så gjorde det samme mens cellene ble utsatt for et svakt magnetisk felt, så dempet «lysstyrken» seg med 3,5 prosent.

Det tolkes som er direkte bevis for at celler responderer på endringer i magnetfelt.

Professor Jonathan R. Woodward ved Tokyo-universitetet står bak studien. Han skriver i en e-post til NRK at det må undersøkes nærmere om magnetfelt kan påvirke folks helse.

– Det vi kan si er at magnetfelt kan påvirke kjemiske reaksjoner som foregår i celler. Muligheten er derfor der. Men dette må man studere nærmere, skriver han.

Han er selv forsiktig med å påstå at de med dette endelig har «avslørt» hvordan fugler og andre dyr navigerer ved hjelp av magnetfelt.

– Funnene våre er relevante i diskusjonen om dyrs navigasjon, sier Woodward, men poengterer at de ikke tar opp dette spørsmålet direkte i studien.

På spørsmål om hva som praktisk kan komme ut av studien, sier forskeren at man eksempelvis kan få til å «rapportere om viktige prosesser som foregår i celler uten å måtte endre de på noen måte».

Analyser viste at lysintensiteten ble dempet med 3,5 prosent hver gang et magnetfelt ble ført over cellene.

Analyser viste at lysintensiteten ble dempet med 3,5 prosent hver gang et magnetfelt ble ført over cellene.

Ikeya and Woodward

Spesielt

Studien er i alle fall et spennende bidrag til diskusjonen.

For det er første gang man har tatt et upåvirket, biologisk system, belyst det med blålys og sett endringer ved å justere på et magnetfelt, sier Helgaker ved UiO.

– Mekanismene er velkjente, men å se de virke i et biologisk system er det spesielle her.

Trygve Helgaker ved UiO.

OPPRØMT: Trygve Helgaker, professor ved UiO.

Foto: UiO

Schulten foreslo altså dette på 70-tallet. Først nå viser det seg å være riktig, fortsetter han.

– Jeg arbeider med kvantemekanikk hver dag og har sett lignende mekanismer i andre sammenhenger. Men at det skulle forklare fuglers «magnetsansing» hadde jeg aldri forestilt meg. Det er ganske så spennende, sier Helgaker.

Atle Ivar Olsen, leder for Norsk Ornitologisk Forening i Nordland, deler entusiasmen.

– Koblingen til kvantemekanikk har jo vært diskutert de siste 20 årene. Dette eksperimentet fra Japan demonstrerer jo at celler kan påvirkes av magnetiske felt, sier Olsen.

Lars Egil Helseth ved UiB finner studien interessant, men er tydelig på at mer forskning behøves for å forstå disse spørsmålene fullt ut.

– Det må mye mer forskning til for å finne akseptable svar på disse mekanismene.

A short burst of blue light shines on a specific area (blue circle) of a single HeLa (human cervical cancer) cell and then the light that the cell emits back is measured (center). The cellular autofluorescence occurs only in the area that was irradiated with blue light (center, right). © Ikeya and Woodward, CC BY, originally published in PNAS

GRAFIKK: Et kort glimt av blått lys skinner på et bestemt område (blå sirkel) med menneskelige livmorhalskreftceller. Deretter måles lyset som cellen avgir tilbake (midten). Den cellulære autofluorescensen («glødingen») forekommer bare i området som ble bestrålt med blått lys (midt, høyre).

Foto: Ikeya and Woodward
  • Les studien her.