Il segreto molecolare della “bussola” degli uccelli

La magnetoricezione, la capacità di percepire il campo magnetico terrestre che permette agli uccelli di volare per migliaia di chilometri senza perdere la rotta, dipende da uno specifico meccanismo molecolare. Lo conferma una nuova a simulazione al computer, chiarendo un fenomeno noto finora solo nelle linee generali

Alcuni uccelli hanno una straordinaria capacità di orientarsi in volo, che permette loro di spostarsi anche su lunghe distanze senza perdere la rotta. Da circa 40 anni, è noto che questa capacità può dipendere dalla percezione del campo magnetico terrestre.

Ma come è fatta questa “bussola” interna? Quali processi fisiologici sono implicati? A questa domanda si sono interessati numerosi esperti di biofisica, arrivando alla conclusione che sono coinvolte specifiche proteine della retina sensibili alla luce, i criptocromi, che in qualche modo percepiscono anche la presenza di un campo magnetico esterno.

In questo quadro complessivo però finora mancava un tassello importante, cioè la spiegazione di come un campo magnetico piuttosto debole come quello generato dalla Terra possa tradursi in un segnale nervoso in grado di modificare il comportamento dell’animale.

La risposta, come dimostrato in un nuovo articolo pubblicato sulla rivista “New Journal of Physics” da un gruppo di fisici della Università di Oxford è nella “chimica dello spin“.

Lo spin è una grandezza quantistica associata a particelle subatomiche e ad atomi assimilabile grosso modo alla rotazione di un corpo intorno a se stesso. Un dato particolarmente rilevante è che le reazioni chimiche possono avvenire facilmente solo se l’orientamento degli spin dei reagenti è uguale a quello dei prodotti di reazione: in altre parole, lo stato di spin dev’essere conservato lungo la reazione.

Ora, allo spin di una particella è associato un momento magnetico: ciò significa che essa si comporta come un minuscolo ago di una bussola, che risente della presenza di un campo magnetico esterno. Ecco perché, in base anche alle leggi della chimica dello spin, un campo magnetico può influenzare una reazione chimica.

Per tornare alla bussola interna degli uccelli, la domanda è dunque se l’intensità del campo geomagnetico è sufficiente a modificare reazioni chimiche che avvengono nei critptocromi della retina degli uccelli. La risposta fornita dalla complessa simulazione al computer condotta dai ricercatori di Oxford è positiva.

“Il principio secondo cui alcuni processi chimici possono rispondere a campi magnetici molto deboli è assolutamente fondato”, ha spiegato Peter Hore, che ha guidato lo studio. “Ciò che non era finora dimostrato è che è al cuore della magnetoricezione aviaria”.

Secondo i ricercatori, il risultato potrebbe avere alcune importati applicazioni in campi inaspettati, per esempio nello sviluppo di dispositivi elettronici a basso costo e a basso impatto ambientale.

“Alcuni semiconduttori organici come gli OLED mostrano magnetoresistenza o magnetoconduttività, fenomeni basati sulla stessa fisica di base delle coppie di radicali”, ha concluso Hore. “Credo che ci sia spazio per la progettazione e la costruzione di dispositivi elettronici basati sui principi derivati dallo studio per determinare la presenza, l’intensità e la direzione di campi magnetici deboli usando materiali organici non tossici e a basso costo”.