Bestimmte Tier-Navigationsfähigkeiten wurden festgestellt, dass sie an oder nahe der quantenmagnetischen Felderkennungsgrenze arbeiten

4. Februar 2025 Bericht

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Korrekturgelesen von Bob Yirka, Phys.org

Ein paar Physiker an der Universität Kreta haben festgestellt, dass einige Arten von biologischen Magnetorezeptoren, die von verschiedenen Lebewesen zur Navigation verwendet werden, am oder nahe am quantenlimit arbeiten. In ihrem Artikel in der Zeitschrift PRX Life beschreiben I. K. Kominis und E. Gkoudinakis, wie sie das Problem der magnetischen Sensibilisierung bei winzigen Tieren umgekehrt angegangen sind, indem sie Grenzen für unbekannte quantenmechanische Grenzen gesetzt haben und was dies über die Navigationsfähigkeiten bestimmter Tiere gezeigt hat.

Forschungsergebnisse haben gezeigt, dass viele Lebewesen das magnetische Feld der Erde als Navigationshilfe nutzen. Einige Haie, Fische und Vögel verwenden es beispielsweise, um ihnen bei der Durchquerung großer Entfernungen zu helfen. Verschiedene Tiere haben auch verschiedene Arten von magnetischen Sensoren, darunter Radikalpaar-, Induktions- und Magnetitmechanismen.

Radikalpaar funktioniert durch die Erfassung von Korrelationen zwischen ungepaarten Elektronen, die an bestimmte Moleküle gebunden sind. Induktion funktioniert, indem Energie im magnetischen Feld in Elektrizität umgewandelt und dann die elektrische Ladung erfasst wird. Und die Magnetit-basierte Magnetorezeption beinhaltet das Erfassen der Bewegung oder Ausrichtung winziger Eisenkristalle im Körper, ähnlich einem von Menschen gemachten Kompass.

Kominis und Gkoudinakis waren neugierig auf die Grenzen der Sensibilisierungsfähigkeiten solcher Kreaturen, basierend auf ihren Sensorsorten. Sie begannen ihre Arbeit, indem sie feststellten, dass die Leistung eines magnetischen Sensors anhand von drei Arten von Parametern beurteilt werden kann - Volumen, Zeit und Grad der Unsicherheit der Schätzungen des Magnetfelds. Sie stellten auch fest, dass die zur Beurteilung solcher Leistungen verwendeten Parameter klein gemacht werden können, um winzige Sensoren unterzubringen, aber es gibt auch eine Grenze, die auf der Planckschen Konstante beruht.

Um die Leistung biologischer Sensoren zu beurteilen, stellten die Forscher fest, dass einige Tiere wahrscheinlich nahe an diesem Limit operieren, aufgrund ihrer winzigen Größe und des sehr geringen Ausmaßes der Magnetfeldänderungen. Anstatt diese Parameter irgendwie zu messen, haben die beiden es umgekehrt gemacht, indem sie mit dem quantenlimit begannen und zurück zu den unbekannten Parametern arbeiteten.

Sie fanden heraus, dass mindestens zwei biologische Magnetorezeptoren, die mit der chemischen Reaktionssensibilisierung in verschiedenen Tieren verbunden sind, direkt am quantenlimit der Magnetfelderkennung arbeiten oder vielleicht sehr nah daran - ein Ergebnis, das ihrer Meinung nach zur Entwicklung von empfindlicheren magnetischen Feldsensoren führen könnte.

Weitere Informationen: I. K. Kominis et al, Annäherung an das Quantenlimit der Energieauflösung in der tierischen Magnetorezeption, PRX Life (2025). DOI: 10.1103/PRXLife.3.013004

Journalinformation: PRX Life

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