Muchos seres vivos carentes de relación,
desde las bacterias hasta las aves, tienen diminutas partículas de magnetita en
sus organismos. Durante muchos años, los biólogos han dado por supuesto que
estos diminutos fragmentos de hierro magnetizado eran la clave para comprender
el sentido geomagnético en los organismos migratorios: las células detectan el
par de estos cristales férricos cuando se alinean hacia el norte, como
diminutas agujas de una brújula. Pero esta teoría podría ser sólo una parte de
la verdad. La verdadera clave podría estar en proteínas que responden con
átomos intrínsecos de hierro en sus estructuras. Al menos esta es la hipótesis
de trabajo que esta actualmente cobrando mayor popularidad.
Los criptocromos son proteínas
fotosensibles en la retina que responden a la luz azul o verde. Se cree que
como respuesta forman pares de radicales libres, quizá interaccionando con
proteínas ricas en hierro. Esto vincularía la magnetorrecepción con la visión y
con los ritmos circadianos, que también involucran a los criptocromos. Kenneth
J. Lohmann, que durante mucho tiempo ha estado estudiando la navegación
magnética en las tortugas marinas, se sintió atraído por la hipótesis propuesta
por físicos chinos en la revista Nature
Materials el pasado mes de enero. Como
observamos el pasado mes de noviembre cuando se difundió el descubrimiento,
ellos proponían que el mecanismo buscado durante tanto tiempo es «una
biobrújula de proteínas magnéticas» involucrando criptocromos y una proteína que
contiene hierro llamada MagR.
En el mismo número de Nature
Materials, Lohmann describía hasta lo «frustrante y difícil» que fue
descubrir el secreto compartido por unos seres tan diversos como las tortugas
marinas, aves, moluscos e insectos. La resolución del debate entre la hipótesis
de los criptocromos y la hipótesis más ortodoxa de la magnetita ha sido
difícil, porque los campos magnéticos atraviesan el cuerpo y no están
localizados en un órgano específico.
«Tratar de localizar una pequeña cantidad
de estructuras submicroscpópicas de apariencia desconocida, esparcidas por el
cuerpo de un animal en lugares desconocidos, es un problema descomunal», dice.
La nueva hipótesis de los criptocromos es prometedora, pero Lohmann hace esta advertencia:
...
el supuesto magnetorreceptor ha sido identificado mayormente sobre la base de
la teoría, de la genómica, de la
bioquímica y del modelado
tridimensional de la estructura proteínica. Los genes de pichones para la MagR
y los criptocromos se expresaron en bacterias y se encontró que las proteínas
resultantes se copurificaban. Este es desde
luego un primer paso importante, pero que dicho complejo realmente exista en ningún animal, y mucho menos si funciona como un magnetorreceptor, queda por saber. También, quedan por
elucidar al menos dos elementos
cruciales del actual modelo. El primero es si y de qué manera los criptocromos interaccionan con la MagR para
mediar los efectos fotodependientes. El segundo involucra la cuestión fundamental de la transducción —cómo
el supuesto magnetorreceptor convierte un estímulo
en señales eléctricas que puedan ser
interpretadas por neuronas. [Énfasis
añadido.]
Un equipo de físicos teóricos en Oxford
ha añadido ahora su respaldo al modelo de los criptocromos. Desafortunadamente,
su artículo de marzo de 2016 en Proceedings
of the National Academy of Sciences no satisface ninguno de los dos
elementos cruciales de Lohmann. Pero, si están en lo cierto, la magnetorrecepción
pone a los animales en la línea pionera de la comprensión humana de la mecánica
cuántica. Así lo explica la American
Physical Society:
Una
explicación [de que la interferencia de radiofrecuencias perturba el sentido
magnético de las aves] es que el ruido
electromagnético tiene efectos a nivel cuántico sobre el comportamiento de
los criptocromos. Esto sugiere que los pares de radicales en los criptocromos
preservan su coherencia cuántica durante mucho más tiempo de lo que hasta ahora
se creía posible. Este descubrimiento podría
tener unas implicaciones más amplias para los físicos que tienen la esperanza de extender la coherencia para
una más eficiente computación cuántica.
El hecho de que estén considerando una
aplicación biomimética implica que los físicos no sabían que la coherencia
cuántica pudiera durar tanto tiempo. ¡Las aves saben más de mecánica cuántica
que los expertos humanos! Dice el artículo:
...
el pico que se considera aquí es innegablemente un efecto cuántico, que
surge de una mezcla de estados asociados con cruces evitados de los niveles de
energía, y que no es capturado por la
teoría semiclásica. En este sentido, la magnetorrecepción de pares de radicales puede ser más un fenómeno
cuántico de lo que hasta ahora se había pensado.
Por razones no relacionadas con
investigación real de laboratorio, el físico principal, Peter Hore de Oxford,
introduce la teoría de Darwin en la discusión. «Los físicos se sienten
entusiasmados por la idea de que la coherencia cuántica podría no solo aparecer
en una célula viva, sino también haber sido optimizada por evolución», dice. «Hay una posibilidad de que haya
lecciones que aprender acerca de cómo preservar la coherencia durante largos
períodos de tiempo». Aquí está cómo el equipo de Oxford inserta la especulación
evolucionista en su artículo:
- ... la brújula podría haber sido optimizada por evolución. ...
- Concluimos que hay un amplio espacio para que una brújula de pares de radicales basados en criptocromos evolucionase con una precisión direccional suficiente para explicar el comportamiento de la navegación de las aves migratorias tanto en laboratorio como en libertad.
- ... las mutaciones al azar en la secuencia de la proteína ... pudo haber proporcionado a la evolución el espacio para optimizar la precisión de la brújula.
- ... esta es otra propiedad [tiempo de relajación del espín] que podría haber sido optimizada por evolución. ... Debido a que el pico sólo emerge cuando el tiempo de coherencia excede a 1 μs, su presencia podría explicar por qué pudiera haber evolucionado la relajación lenta.
Todos estos comentarios son superfluos
por lo que hace a la investigación. Los autores no proporcionan prueba alguna
de mutaciones específicas beneficiosas que apareciesen por azar y fuesen
consiguientemente seleccionadas, ni de cómo apareció la brújula en un principio
para que luego pudiera ser «optimizada» por procesos al azar. Los comentarios
quedan todos atenuados por suposiciones: «pudo
haber sido optimizada», «pudiera
haber evolucionado». Lohman observa que la MagR está «evolutivamente conservada», permitiendo «una especie de estructura
de detección magnética universal que se
puede adaptar para propósitos diferentes
por parte de animales diferentes». ¿Sirve de algo decir que una estructura con un propósito «se puede adaptar» por parte de todas clases de animales
sin relación? ¿Cuántos milagros del azar fueron necesarios para ello?
Mucho más productiva para la investigación
es la razón por la que abordaron el problema en primer lugar. Aquí tenemos lo
que ellos describen como significativo:
Cada
año, miles de millones de aves vuelan miles de kilómetros desde sus territorios de
apareamiento hasta sus territorios de hibernación, ayudados por una
extraordinaria capacidad de detectar la dirección del campo magnético de la
Tierra. Se cree que el mecanismo detector biofísico en el corazón de
esta brújula se apoya en reacciones químicas sensibles al magnetismo y
dependientes de la luz en proteínas de criptocromo en el ojo. Hasta ahora
ningún modelo teórico ha podido explicar la precisión <5 b="">con la que las aves migratorias pueden detectar el vector
del campo geomagnético. Aquí, usando simulaciones por computadora, exponemos
que unas coherencias de espín de larga
duración de mecánica cuántica en modelos realistas de criptocromos pueden proporcionar la precisión necesaria.
Se identifican las propiedades estructurales y dinámicas moleculares cruciales.
La precisión, el mecanismo,
y la extraordinaria capacidad de las aves motivaron esta investigación.
Fue el diseño, no la evolución, lo que les impulsó a comprenderlo.
Para
migrar con éxito a lo largo de grandes distancias, no es suficiente con
simplemente distinguir entre norte y sur (o entre dirigirse a los polos frente
a dirigirse al ecuador). Por ejemplo, se realizó mediante satélite el
seguimiento de una aguja colipinta o
becasina de cola barrada (Limosa
lapponica baueri) volando desde Alaska hasta Nueva Zelanda en un vuelo único de 11.000 kilómetros sin parada
atravesando el Océano Pacífico. Un error
direccional de más de unos pocos grados podría haber sido fatal. Debido a
que la brújula magnética parece ser la fuerza dominante de la información
direccional, y la única brújula disponible
de noche bajo un cielo cubierto (pero no completamente oscuro), las aves
migratorias deben poder determinar su dirección de vuelo con una alta precisión usando su brújula
magnética. Unos estudios han demostrado que las aves cantoras migratorias pueden detectar el eje de las líneas de
campo magnéticas con una precisión superior a 5°.
El comunicado noticioso, por cierto,
comienza mencionando a uno de los campeones del documentario de Illustra, Flight: The Genius of Birds.
Cada
año, el Charrán ártico viaja más de 64.000 kilómetros, migrando casi de polo a polo,
y de vuelta. Otras aves hacen viajes similares (aunque más cortos) en busca
de climas más cálidos. ¿Cómo lo hacen estas aves para viajar distancias tan
grandes cuando nosotros necesitamos un mapa para poder llegar a la ciudad
de al lado?
La siguiente película en la serie Design of Life de Illustra, Living Waters, incluye
una lista de dos docenas de animales, incluyendo aves, reptiles, mamíferos,
insectos y peces que puedan navegar mediante el campo magnético de la tierra.
¿Cómo podría la evolución explicar esas observaciones empíricas? Como lo
observa Tim Standish, hay una mejor explicación.
La
selección natural darwinista es ciega. No sabe que se haya
llegado a una solución en algún otro organismo.
No puede
pensar: «¡Maravilloso, el salmón ha conseguido esta elegante solución para el
problema? ¿Por qué no evolucionamos hacia allí en las tortugas?» Esta no es una
explicación posible.
En cambio,
no es en absoluto sorprendente observar que un agente inteligente conozca una
solución a un problema, y que aplique esta misma solución bajo diferentes
circunstancias, una y otra vez, y otra, y otra. Esto es lo que vemos hacer a la
inteligencia. Y no es lo que esperaríamos en un proceso no guiado.
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