O sentido magnético em animais pode ser chocantemente próximo dos limites quânticos: WebCuriosos

A magnetosfera da Terra é um farol orientador para uma variedade de espécies capazes de detectar sua presença.

Os físicos descobriram agora dois tipos de sensores em animais que podem detectar campos magnéticos próximos ao limite quântico, informações que poderiam melhorar nosso próprio design de dispositivos magnetômetro.

De várias maneiras, como células ricas em ferro Respondendo à atração do campo ou um viés na química dos fotorreceptores na parte de trás dos olhos, o magnetorecepção surgiu através da história evolutiva como um meio de direcionar a vida ao redor do mundo.

Curioso para saber como as soluções biológicas se comparam com os avanços na tecnologia de magnetômetro, os físicos da Universidade de Creta Iannis Kominis e Efthimis Gkoudinakis avaliaram o limite de resolução de energia de três adaptações, descobrindo que pelo menos dois deles vêm dentro de um bigode dos limites quânticos da detecção de campo magnético.

Armado com pouco mais do que um deslizamento de ferro magnetizado adequadamente, os humanos navegaram o desconhecido sob a direção dos pontos da bússola da Terra para milhares de anos.

Hoje, nossa capacidade de colocar um número exato sobre a força de um campo magnético fraco ou altamente confinado exige uma compreensão detalhada e completa da natureza quântica do eletromagnetismo, o que não apenas melhora a sensibilidade, mas nos permite prever os limites físicos de qualquer medição.

Fundamental para calcular o empurrão e a tração de um campo magnético é a capacidade de avaliar a energia contida dentro. À medida que nossa capacidade de medir o magnetismo se torna cada vez mais precisa, a incerteza quântica assume cada vez mais, como se o universo não tivesse certeza de nada, pois continuamos a focar em seus detalhes.

Além do desafio, está a tendência de os sistemas de nível quântico envolverem seu ambiente, desfocando as linhas ainda mais na energia mitigada por um campo magnético.

O limite de resolução de energia (ERL) é uma mistura de parâmetros que representam a economia de um sistema quântico ao alcance de um sensor, que inclui uma estimativa de sua incerteza, o tamanho da região detectada e o tempo ou a largura de banda sobre a qual uma medida é feita .

O resultado final é uma unidade de energia ao longo do tempo, equivalente a uma unidade quântica conhecida como constante de Planck, que permite que os engenheiros Compare tecnologias existentes Para seu nível de precisão, além de avaliar a capacidade de qualquer sistema em potencial de alcançar ou até exceder o que é considerado um limite.

Para os kominis e Gkoudinakis, os cálculos do ERL de um sensor oferecem a oportunidade perfeita para realizar magnetorecepção biológica aos padrões quânticos e ver como eles se saem contra nossas melhores tentativas.

Atualmente, existem vários meios generalizados pelos quais se acredita que as coisas vivas detectem o campo magnético da Terra, referido como mecanismos de indução, par radical e magnetita. Também foi considerado um quarto, combinando magnetita com abordagens de pares radicais.

Os mecanismos de indução transformam a energia dentro de um campo magnético em energia elétrica em um sistema biológico, desencadeando uma série de alterações que afetam o comportamento. Por exemplo, em 2019 Os pesquisadores propuseram que o campo magnético da Terra poderia criar uma diferença sutil na tensão detectável pelas células ciliadas dentro dos canais de um pombo, afetando seu equilíbrio.

O Mecanismo de par-pares radicais Envolve correlações entre elétrons não pareados conectados a diferentes moléculas.

Sob um campo magnético, o equilíbrio nesse emparelhamento varia o suficiente para afetar a natureza das reações químicas, desencadeando uma cascata de efeitos biológicos determinados pela orientação do campo magnético.

Magnetite Magnetite é uma abordagem muito mais direta. Pensa-se que pequenos cristais de compostos à base de ferro nas células de um organismo reagem a campos magnéticos com uma força grande o suficiente para serem detectáveis, forçando as células microbianas a se orientar ou desencadeando animais a detectar o norte e o sul do leste e do oeste.

Embora a pesquisa no campo esteja em andamento e ainda em grande parte especulativa, cada mecanismo tem o potencial de ser altamente sensível, potencialmente revelando novas maneiras de detectar sinais fracos ou confinados de campos magnéticos.

Os cálculos feitos por Kominis e Gkoudinakis descobrem que os mecanismos de indução não se aproximam de um nível quântico de sensibilidade. No entanto, as medidas que empregam emparelhamento radical podem chegar o mais próximo dos limites quânticos como nossa própria tecnologia.

Não apenas pode apontar em novas direções para a inovação, mas as descobertas podem informar futuras experiências sobre as diversas maneiras pelas quais a vida na Terra evoluiu para ser guiada pela gaiola invisível do magnetismo.

Esta pesquisa foi publicada em Prx vida 3.