Токсичная молекула может помогать птицам «видеть» север и юг

Исследователи из Университета Иллинойса сообщают, что токсичная молекула, известная своим повреждающим действием на клетки и способностью вызывать заболевания, может также играть ключевую роль в миграции птиц. Эта молекула, супероксид, рассматривается как ключевой участник таинственного процесса, позволяющего птицам «видеть» магнитное поле Земли.

Открытие, о котором сообщается в этом месяце в Biophysical Journal, стало результатом «ошибки» соавтора, заявил главный исследователь Клаус Шультен. Его постдокторский сотрудник Илья Соловьёв не знал о токсичности супероксида и увидел в нём идеального партнёра для биохимической реакции с участием белка криптохрома в глазу птицы.

Криптохром — это синий световой фоторецептор, обнаруженный в растениях и глазах птиц и других животных. Шультен первым предположил (в 2000 году), что этот белок является ключевым компонентом геомагнитного чувства птиц, что позже было подтверждено экспериментально. Он сделал этот прогноз после того, как он и его коллеги обнаружили, что магнитные поля могут влиять на химические реакции, если те протекают достаточно быстро и управляются чистой квантовой механикой.

Такие химические реакции включают перенос электронов, который приводит к свободному вращению спинов электронов. Эти спины ведут себя как осевой компас.

Изменения в электромагнитном поле, например, при смене направления полёта птицы, по-видимому, изменяют этот биохимический компас в глазу, позволяя птице видеть, как её направление соотносится с севером или югом.

Другие исследователи предполагали, что партнёром по реакции является молекулярный кислород. «Мы же предполагаем, что партнёром по реакции является не безобидная молекула кислорода, которую мы все вдыхаем, а её близкий родственник — супероксид, отрицательно заряженная молекула кислорода», — сказал Шультен.

Когда Соловьёв показал, что супероксид хорошо подходит на эту роль, Шультен сначала отнёсся к этому скептически. «Но затем я понял, что токсичность супероксида на самом деле имеет решающее значение для его роли», — сказал он.

Организм имеет множество механизмов для снижения концентрации супероксида, чтобы предотвратить его повреждающее действие. Но это даёт преимущество, поскольку молекула должна присутствовать в низких концентрациях — но не слишком низких — «чтобы биохимический компас работал эффективно».

Хотя супероксид известен в основном как агент старения и повреждения клеток, недавно была признана его роль в клеточной сигнализации.

Его токсичность может также объяснять, почему люди, у которых тоже есть криптохром в глазах, не обладают такой же способностью видеть электромагнитное поле Земли. «Возможно, эволюция человека выбрала долголетие вместо способности к ориентации», — предположил Шультен.