นกและสัตว์ใช้สนามแม่เหล็กของโลกได้อย่างไร (รวมถึงมนุษย์?)

โลกที่มีแกนเหล็กหลอมเหลวที่เคลื่อนไหวอยู่ตลอดเวลาล้อมรอบไปด้วยอันกว้างใหญ่และรุ่งโรจน์สนามแม่เหล็ก- มันเป็นส่วนหนึ่งของดาวเคราะห์มากพอ ๆ กับออกซิเจนหรือน้ำที่ปกป้องโดยป้องกันโลกจากลมสุริยะที่ถูกทำลายเราจากดวงอาทิตย์

และเช่นเดียวกับน้ำและออกซิเจนในชีวิตของโลกได้พัฒนาขึ้นเพื่อใช้ประโยชน์จากทรัพยากรนี้เราอาจจำเป็นต้องใช้เข็มทิศกับเราในการเดินป่าที่มีเทคโนโลยีต่ำ-แต่นกปลาสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและอีกมากมายได้หายไปสำหรับเส้นทางที่ตรงไปตรงมามากขึ้น

Daddies Big Daddies of Magnetoreception: นก

หากเคยมีสำนวนนกที่ทำให้เข้าใจผิดทั้งหมดมันคือสิ่งนี้: "บ่อนก" แน่นอนว่าพี่น้องปีกของเราบางครั้งบินตรงเข้าไปในหน้าต่างกระจกหรือฆ่ามนุษย์ได้มากถึง 100 ล้านคนในเวลาไม่ถึงสองปี- แต่พวกเขาไม่ได้จริงโง่- บางคนสามารถคณิตศาสตร์- คนอื่นทำได้เครื่องมืองานฝีมือเพื่อแก้ปัญหาการปฏิบัติ

และส่วนใหญ่มันกลับกลายเป็นว่าสามารถทำฟิสิกส์ควอนตัมได้

“ ฉันไม่เคยคิดเลยว่าฉันจะไปยังสถานที่ที่เราจะเริ่มเข้าใจกลไกเชิงกลของควอนตัมที่เกิดขึ้นภายในนก” Henrik Mouritsen นักชีววิทยาจากมหาวิทยาลัย Oldenburg ในประเทศเยอรมนีและผู้เขียนร่วมของ Aกระดาษ 2021เกี่ยวกับวิธีที่โรบินยุโรปรับรู้สนามแม่เหล็กของโลก

“ สิ่งที่นกเห็นว่าเราไม่รู้” เขาบอกมิถุนายน 2564 พอดคาสต์ธรรมชาติ“ เพราะเราไม่สามารถถามนกได้”

อย่างไรก็ตามนักวิจัยคิดว่าเป็นไปได้ว่านกไม่เพียง แต่ใช้สนามแม่เหล็กของโลกเพื่อนำทาง - พวกเขายังแท้จริงดูสนามในทางใดทางหนึ่ง และกุญแจสำคัญสำหรับความสามารถนี้คือฟิสิกส์ควอนตัม:“ เราพบ cryptochromes ในสายตาของนกและคนอื่น ๆ ก็ทำเช่นนั้น” Mouritsen อธิบาย“ และดูเหมือนว่า cryptochrome 4 จากนกอพยพอพยพมีความอ่อนไหวมากขึ้นกว่าโมเลกุลเดียวกันจากไก่”

cryptochromesแม้จะมีชื่อลึกลับของพวกเขาไม่ใช่โมเลกุล Boogeyman พวกเขาเป็นโปรตีนทั่วไปทั้งในพืชและสัตว์ - และก่อนที่จะมีบทบาทในแม่เหล็กถูกค้นพบพวกเขาส่วนใหญ่เป็นที่รู้จักสำหรับบทบาทที่พวกเขาเล่นในระเบียบของจังหวะ circadian แต่ในนกพวกเขาดูเหมือนจะทำอย่างอื่นเช่นกัน

“ ทฤษฎีการทำงานในปัจจุบันคือ: เมื่ออนุภาคของแสงหรือโฟตอน, ตี cryptochrome นกพลังงานของมันสามารถรบกวนโมเลกุลภายในโปรตีน” Katherine J. Wu อธิบายใน Aบทความ PBS Nova 2019ในเรื่อง “ การรบกวนทำให้โมเลกุลคู่หนึ่งอยู่ในสถานะที่ไม่เสถียรดังนั้นมันก็บอบบางจนสามารถได้รับผลกระทบจากพัลส์ที่มีพลังของสนามแม่เหล็กของโลก”

ที่เพื่อนคือสิ่งที่เรียกว่าการพัวพันควอนตัม: สถานะที่ล่อแหลมซึ่งสองอนุภาคมีการเชื่อมโยงอย่างประณีตแม้หลังจากถูกแยกออกจากกัน “ คุณสามารถอธิบายทั้งสองด้วยกันได้” Erik Gauger นักวิทยาศาสตร์ควอนตัมที่ Heriot-Watt University ซึ่งได้ศึกษาการตรวจจับ Magneto ในนกบอกกับโนวา “ คุณไม่สามารถอธิบายได้ด้วยตัวเองเพียงอย่างเดียว”

สิ่งที่เกิดขึ้นคือ - ดีมันคล้ายกับวิธีที่สมองของเราคิดออกว่าเสียงมาจากไหน เช่นเดียวกับความแตกต่างของไมโครวินาทีในช่วงเวลาระหว่างหูของเราหยิบเสียงให้เราไปยังทิศทางของแหล่งที่มาดังนั้นความเข้าใจของนกเกี่ยวกับสนามแม่เหล็กโดยรอบนั้นขึ้นอยู่กับเวลา - เท่านั้นที่นี่มันเป็นระยะเวลาของอนุภาคที่ยุ่งเหยิงเหล่านี้ใช้จ่ายในสถานะหนึ่งก่อนที่จะถูกบังคับ

แม้ว่าสิ่งแปลก ๆ คือ - เอาล่ะโอเคทั้งหมดนี้ค่อนข้างแปลก แต่แม้กระทั่ง weirderสิ่งที่เกี่ยวกับมันก็คือสิ่งนี้ไม่ควรเป็นไปได้จริงๆ นกสามารถแยกส่วนได้โดยความถี่วิทยุเทียมที่อ่อนแอเพียง 1/3,000 ความแข็งแรงของสนามแม่เหล็กของโลกซึ่งหมายความว่าคู่ควอนตัมจะพาดพิงถึงทางนานกว่าปกติที่เป็นไปได้ - ชอบคำสั่งซื้อห้าคำสั่งอีกต่อไป.

“ ดูเหมือนว่าธรรมชาติได้พบวิธีที่จะทำให้รัฐควอนตัมเหล่านี้มีชีวิตอยู่นานกว่าที่เราคาดไว้และนานกว่าที่เราจะทำได้ในห้องแล็บ” Gauger กล่าวกับโนวา “ ไม่มีใครคิดว่าเป็นไปได้”

มีความพยายาม: สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม

ในขณะที่นกควบคุมพลังของสนามแม่เหล็กของโลกไปยังการสำรวจเส้นทางอพยพที่กว้างใหญ่สัตว์อื่น ๆ มีมากกว่านี้เอ่อ…การใช้งานที่น่าเบื่อสำหรับมัน

“ การคาดหวังว่าแม่เหล็กในสุนัขนั้นสมเหตุสมผลเนื่องจากความสามารถในการกลับบ้านที่ไม่ธรรมดาของสุนัขและสายพันธุ์ที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดเช่นสุนัขจิ้งจอกสีแดงหมาป่าและหมาป่าสีเทา” อธิบายกระดาษหนึ่งใบตีพิมพ์ในวารสาร Frontiers ในสัตววิทยาย้อนกลับไปในปี 2013

“ ได้รับแรงบันดาลใจจากการสังเกตการณ์มาก่อนของเราในสัตว์อื่น ๆ เราได้ตรวจสอบการจัดตำแหน่งที่เกิดขึ้นเองในสุนัขในระหว่างกิจกรรมที่หลากหลาย” ผู้เขียนเขียน“ และในที่สุดก็มุ่งเน้นไปที่การขับถ่าย (การถ่ายอุจจาระ

ถูกต้อง: เรากำลังพูดถึงสุนัขเซ่อ- สุนัขที่ได้รับจากการเข้าถึงชีววิทยาของพวกเขาไปยังสนามแม่เหล็ก Geomagnetic ทั้งหมดของโลกใช้เพื่อ ... ไปที่ห้องน้ำ

โดยเฉพาะพวกเขาใช้มันเพื่อไปห้องน้ำหันหน้าไปทางทิศเหนือ- หรือใต้; ไม่ว่าจะด้วยวิธีใด“ ในช่วงที่สนามแม่เหล็กสงบเผยให้เห็นการตั้งค่าตามแนวแกนที่มีความสำคัญสูงสำหรับการจัดตำแหน่งเหนือ - ใต้ระหว่างการถ่ายอุจจาระ” รายงานรายงาน

ทำไม ใครจะรู้ ไม่จริงจัง: สุนัขเห็นได้ชัดว่าแน่นอนทำเซ่อไปตามแกนหลักของเข็มทิศ แต่นักวิจัยไม่สามารถบอกได้ว่าพวกเขาทำอย่างมีสติหรือไม่ว่าพวกเขาเช่นนกสามารถ“ เห็น” (หรืออาจจะเป็นไปได้มากกว่าสุนัข“ กลิ่น”) สนามแม่เหล็กของโลก

“ การศึกษานั้นตาบอดอย่างแท้จริง” นักวิจัยเขียน “ [n] o หนึ่งแม้แต่ผู้ประสานงานของการศึกษาตั้งสมมติฐานว่าการแสดงออกของการจัดตำแหน่งอาจได้รับผลกระทบจากสถานการณ์ geomagnetic และโดยเฉพาะอย่างยิ่งจากการเปลี่ยนแปลงที่ลึกซึ้งของการลดลงของแม่เหล็ก”

ตอนนี้สุนัขอาจมีการใช้งานที่สนุกที่สุดสำหรับสนามแม่เหล็กของโลก แต่พวกเขาก็ยังห่างไกลจากฟัซซี่เพียงอย่างเดียวที่มีการใช้ประโยชน์จากมัน วัวปรากฎว่าอาจชอบการจัดตำแหน่งเหนือ-ใต้(พวกเขาไม่ได้ทำอะไรมากกับมัน แต่พวกเขาเป็นวัวดังนั้นจึงแทบจะไม่น่าแปลกใจเลย)ตามที่ทำกวางหมูป่าและลวดลายคาร์พเล็กน้อย

อย่างน้อยก็มีสุนัขจิ้งจอกใช้งานได้มากขึ้นสำหรับการตกตะกอน “ สุนัขจิ้งจอกสีแดงล่าสัตว์ตัวเล็กแสดงพฤติกรรมเฉพาะที่เรียกว่ากระดาษหนึ่งฉบับปี 2011- “ สุนัขจิ้งจอกกระโดดสูงเพื่อที่จะทำให้เหยื่อประหลาดใจจากด้านบน”

คุณเคยเห็นสิ่งนี้มาก่อนมันน่ารัก- แต่สิ่งที่คุณอาจไม่ได้สังเกตเห็น-เว้นแต่คุณจะมีเข็มทิศที่จะทำ-เป็นทิศทางที่พวกเขากระโดดเข้ามาซึ่งมันกลับกลายเป็นว่าเกือบจะเป็นภาคตะวันออกเฉียงเหนือ

“ สุนัขจิ้งจอกในการเดินด้อม ๆ มองๆมีแนวโน้มที่จะนำการกระโดดของพวกเขาไปในทิศทางเข็มทิศทางตะวันออกเฉียงเหนือประมาณ” กระดาษรายงาน “ ทิศทางของการโจมตีเป็นอิสระจากช่วงเวลาของวันฤดูกาลของปีปกเมฆและทิศทางลม”

สุนัขจิ้งจอกไม่เพียง แต่ดูเหมือนจะชอบแกนนี้เท่านั้น แต่ยังประสบความสำเร็จมากกว่า รายงานพบว่าสุนัขจิ้งจอกกระโดดไปทางตะวันออกเฉียงเหนือประสบความสำเร็จเกือบสามครั้งจากสี่ครั้ง ผู้ที่กระโดดไปทางตะวันตกเฉียงใต้-คือทิศทางเดียวกันเพียงแค่หันหน้าไปทางอื่น-ชนะสามครั้งจากห้าครั้ง ทิศทางอื่น? น้อยกว่าอัตราความสำเร็จ 18 เปอร์เซ็นต์ นั่นเป็นเหมือนหนึ่งในห้าหรือหก

เห็นได้ชัดว่าแม่เหล็กเป็นสิ่งที่คุณไม่จำเป็นต้องมีปีกเพื่อเพลิดเพลิน แต่เรารู้ว่าคุณกำลังคิดอะไรอยู่: ถ้าเพื่อนที่ดีที่สุดของมนุษยชาติสามารถสัมผัสกับสนามแม่เหล็กของโลก - แม้ว่ามันจะเป็นแค่คนเซ่อ - สามารถทำได้เรา-

ล้าหลัง: มนุษย์

จากทุกสายพันธุ์มนุษย์มีข้อได้เปรียบที่ยิ่งใหญ่อย่างหนึ่งเมื่อพูดถึงการศึกษาการรับรู้ของพวกเขาเกี่ยวกับโลก - กล่าวคือเราสามารถถามพวกเขาว่าพวกเขารู้สึกอย่างไร ดังนั้นคุณจะเห็นสนามแม่เหล็กตอนนี้ไหม?

โอเคบางทีนั่นอาจเป็นเรื่องง่ายเล็กน้อย “ เราไม่ได้เป็นสปีชีส์ที่สูญเสียระบบประสาทสัมผัสที่บรรพบุรุษของเรา [หลายล้านปีก่อน] มี” โจเซฟเคิร์ชช์วิงค์, นิโก้และมาริลีนแวนวิงเก้นศาสตราจารย์ด้านธรณีวิทยาที่คาลเทคและผู้นำของ A กล่าวโครงการวิจัย 2019ที่อ้างว่าค้นหาหลักฐานการตกตะกอนในมนุษย์

“ เราเป็นส่วนหนึ่งของชีวมวลแม่เหล็กของโลก” Kirschvink บอกกับผู้พิทักษ์ในเวลา

ตอนนี้แตกต่างจากเพื่อนสี่ขาและสองปีกของเราความรู้สึกนี้ไม่ได้แสดงให้เห็นว่าตัวเองเป็นมหาอำนาจการวางแนวหรือทั้งหมดห้องน้ำหันหน้าไปทางเดียว แต่นั่งมนุษย์ในกรงอลูมิเนียมและการรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าแปลก ๆ ที่สมองของพวกเขา Kirschvink และเพื่อนร่วมงานที่พบและคลื่นสมองของเราเริ่ม“ Freaking Out” เขาอธิบาย

แต่นั่นหมายความว่ามนุษย์มี“ ความรู้สึก” แม่เหล็กบางชนิดหรือไม่? นั่นเป็นที่ถกเถียงกันมากขึ้น

“ เนื่องจากสัตว์อื่น ๆ จำนวนมากสามารถรับรู้สนามแม่เหล็กของโลกได้แน่นอนว่าอยู่ในขอบเขตของความเป็นไปได้ที่มนุษย์สามารถทำได้เช่นกัน” Kenneth Lohmann ผู้เชี่ยวชาญด้านการแม่เหล็กจากมหาวิทยาลัยนอร์ ธ แคโรไลน่าที่ Chapel Hill ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการวิจัย

อย่างไรก็ตาม Lohmann กล่าวว่า“ มันเป็นสิ่งหนึ่งที่จะพบการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในการทำงานของสมองเพื่อตอบสนองต่อสนามแม่เหล็กที่อ่อนแอและอีกสิ่งหนึ่งที่แสดงให้เห็นว่าผู้คนตรวจจับและใช้ข้อมูลสนามแม่เหล็กอย่างแท้จริง”