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La magnetoricezione o magnetocezione è la facoltà di vari animali di fare uso del campo geomagnetico per orientarsi durante le migrazioni o i spostamenti in genere. Si conoscono principalmente due meccanismi di magnetoricezione. Uno dei due meccanismi si basa sulla presenza di un minerale magnetico ricco di ferro, la magnetite[1][2], mentre il secondo meccanismo detto di coppia di radicali funziona con crittocromi, che sono flavoproteine presenti nella retina dell'occhio di vari animali anche se è stato studiato soprattutto nell'uccello migratore pettirosso (Erithacus rubecula)[3].

Pettirosso europeo, foto di Pierre Selim


con magnetite

In batteri è stata trovata la magnetite talvolta come cristalli di Fe3O4 oppure di greigite Fe3S4. La magnetite, che è un minerale con proprietà magnetiche, è presente anche in molluschi, salmoni e lungo il bordo del becco di uccelli[4]. Si supponeva quindi che i cristalli potevano orientarsi e allinearsi secondo il campo geomagnetico. Il meccanismo sarebbe analogo a una bussola come che si orienta rispetto all'asse Nord-Sud.

con coppia di radicali

La magnetoricezione mediante coppia di radicali era già stata ipotizzata nel 1978 da Schulten[5]. Gli autori supponevano che meccanismi già noti dalla fotosintesi potevano essere validi anche per sensori biomagnetici ossia per la magnetoricezione. Gli studi che seguirono confermarono questa ipotesi[6]. Questa forma di magnetoricezione dipende dalla luce ed è nell'occhio degli uccelli migratori che si sono trovati delle molecole proteiche, i crittochromi. Il nome deriva dalle crittogame, che sono piante come i felci, muschi e licheni nelle quali sono stati scoperti i crittocromi. Anche piante contengono crittocromi[7], infatti In Arabidopsis thaliana i crittocromi facilitano la crescita quando la luce blu è limitante[8]. Sono in seguito scoperti crittochromi nell'occhio di molte specie animali. In Drosophila potrebbe avere sia la funzione di magnetoricezione[9] che quella di regolatore del ritmo circadiano[10], ma nei mammiferi quali il topo e l'uomo ha un ruolo soltanto nel ritmo circadiano[11].

Meccanismo

La magnetoricezione mediante coppia di radicali è dipendente dalla luce. Infatti il meccanismo si verifica nella retina dell'occhio. Nella retina, a livello dei bastoncelli, si trovano inclusi tra le membrane i crittocromi, che sono una classe di flavoproteine. Le flavoproteine contengono degli accettori di elettroni come il flavina adenina dinucleotide (FAD) e sono responsanbili delle reazioni redox. Il FAD è inserito profondamente nel crittocromo che possiede alcuni residui di Triptofano (Trp) importanti nel trasferimento degli elettroni. Quando il crittocromo è colpito da un fotone, un elettrone in FAD viene spostato e deviato verso i residui di Trp, che sono le molecole accettori. Si creano così due radicali liberi, che sono molto reattivi[6]. Gli elettroni della coppia di radicali sono entangled e sono quindi correlati allo spin ma spazialmente separati. La coppia di radicali oscilla tra lo stato di singoletto e quello di tripletta e avviene la ricombinazione della coppia per formare un prodotto o segnale chimico. Il prodotto chimico formato dipende dall'essere in uno stato di singoletto o di tripletta, che a sua volta dipende dal campo magnetico[12]. Il prodotto chimico potrebbe essere un neurotrasmettitore ma non è mai stato dimostrato[13]. A questo punto è stato avanzato l'ipotesi che l'uccello possa vedere il campo geomagnetico. Non si tratta quindi di una bussola come nel caso della magnetite, ma di una bussola 'a inclinazione' che permette al pettirosso, o a un altra specie di uccello, un orientamento rispetto al campo geomagnetico per quanto riguarda la direzione e l'intensità, che varia a secondo la latitudine. Il campo si allarga andando verso l'equatore, ma si restringe andando verso Nord e permette quindi di vedere o comunque di sentire la latitudine[13][14]. La magnetoricezione mediante coppia di radicali è considerato un fenomeno quantistico e fa quindi parte della biologia quantistica[15][16].

Storia

Nella medicina popolare,

Note

  1. ^ Ilia A. Solov'yov e Walter Greiner, Theoretical Analysis of an Iron Mineral-Based Magnetoreceptor Model in Birds, in Biophysical Journal, vol. 93, n. 5, 1º settembre 2007, pp. 1493–1509, DOI:10.1529/biophysj.107.105098. URL consultato l'11 gennaio 2022.
  2. ^ Gerald Falkenberg, Gerta Fleissner e Kirsten Schuchardt, Avian Magnetoreception: Elaborate Iron Mineral Containing Dendrites in the Upper Beak Seem to Be a Common Feature of Birds, in PLoS ONE, vol. 5, n. 2, 16 febbraio 2010, pp. e9231, DOI:10.1371/journal.pone.0009231. URL consultato l'11 gennaio 2022.
  3. ^ Wolfgang Wiltschko e Roswitha Wiltschko, Light-dependent magnetoreception in birds: the behaviour of European robins, Erithacus rubecula, under monochromatic light of various wavelengths and intensities, in Journal of Experimental Biology, vol. 204, n. 19, 1º ottobre 2001, pp. 3295–3302, DOI:10.1242/jeb.204.19.3295. URL consultato l'11 gennaio 2022.
  4. ^ (EN) Joseph L. Kirschvink, Homing in on vertebrates, in Nature, vol. 390, n. 6658, 1997-11, pp. 339–340, DOI:10.1038/36986. URL consultato l'11 gennaio 2022.
  5. ^ Klaus Schulten, Charles E. Swenberg e Albert Weiler, A Biomagnetic Sensory Mechanism Based on Magnetic Field Modulated Coherent Electron Spin Motion, in Zeitschrift fur Physikalische Chemie, vol. 111, n. 1, 1º gennaio 1978, pp. 1–5, DOI:10.1524/zpch.1978.111.1.001. URL consultato l'11 gennaio 2022.
  6. ^ a b (EN) Hamish G. Hiscock, Susannah Worster e Daniel R. Kattnig, The quantum needle of the avian magnetic compass, in Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 113, n. 17, 26 aprile 2016, pp. 4634–4639, DOI:10.1073/pnas.1600341113. URL consultato l'11 gennaio 2022.
  7. ^ Ilia A. Solov'yov, Danielle E. Chandler e Klaus Schulten, Magnetic field effects in Arabidopsis thaliana cryptochrome-1, in Biophysical Journal, vol. 92, n. 8, 15 aprile 2007, pp. 2711–2726, DOI:10.1529/biophysj.106.097139. URL consultato l'11 gennaio 2022.
  8. ^ Ullas V. Pedmale, Shao-shan Carol Huang e Mark Zander, Cryptochromes interact directly with PIFs to control plant growth in limiting blue light, in Cell, vol. 164, n. 0, 14 gennaio 2016, pp. 233–245, DOI:10.1016/j.cell.2015.12.018. URL consultato l'11 gennaio 2022.
  9. ^ Robert J. Gegear, Amy Casselman e Scott Waddell, CRYPTOCHROME mediates light-dependent magnetosensitivity in Drosophila, in Nature, vol. 454, n. 7207, 21 agosto 2008, pp. 1014–1018, DOI:10.1038/nature07183. URL consultato il 13 gennaio 2022.
  10. ^ André Klarsfeld, Sébastien Malpel e Christine Michard-Vanhée, Novel Features of Cryptochrome-Mediated Photoreception in the Brain Circadian Clock of Drosophila, in The Journal of Neuroscience, vol. 24, n. 6, 11 febbraio 2004, pp. 1468–1477, DOI:10.1523/JNEUROSCI.3661-03.2004. URL consultato il 13 gennaio 2022.
  11. ^ Yasuhide Miyamoto e Aziz Sancar, Vitamin B2-based blue-light photoreceptors in the retinohypothalamic tract as the photoactive pigments for setting the circadian clock in mammals, in Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol. 95, n. 11, 26 maggio 1998, pp. 6097–6102. URL consultato il 13 gennaio 2022.
  12. ^ (EN) Betony Adams, Ilya Sinayskiy e Francesco Petruccione, An open quantum system approach to the radical pair mechanism, in Scientific Reports, vol. 8, n. 1, 24 ottobre 2018, pp. 15719, DOI:10.1038/s41598-018-34007-4. URL consultato il 12 gennaio 2022.
  13. ^ a b Roswitha Wiltschko e Wolfgang Wiltschko, Magnetoreception in birds, in Journal of The Royal Society Interface, vol. 16, n. 158, 27 settembre 2019, pp. 20190295, DOI:10.1098/rsif.2019.0295. URL consultato l'11 gennaio 2022.
  14. ^ Dominik Heyers, Martina Manns e Harald Luksch, A Visual Pathway Links Brain Structures Active during Magnetic Compass Orientation in Migratory Birds, in PLoS ONE, vol. 2, n. 9, 26 settembre 2007, pp. e937, DOI:10.1371/journal.pone.0000937. URL consultato il 13 gennaio 2022.
  15. ^ (EN) Thomas P. Fay, Lachlan P. Lindoy e David E. Manolopoulos, How quantum is radical pair magnetoreception?, in Faraday Discussions, vol. 221, n. 0, 13 dicembre 2019, pp. 77–91, DOI:10.1039/C9FD00049F. URL consultato l'11 gennaio 2022.
  16. ^ Christopher T. Rodgers e P. J. Hore, Chemical magnetoreception in birds: The radical pair mechanism, in Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol. 106, n. 2, 13 gennaio 2009, pp. 353–360, DOI:10.1073/pnas.0711968106. URL consultato l'11 gennaio 2022.

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