Las aves migratorias usan una brújula magnética en su ojo para la navegación. Sus mecanismos sensoriales básicos han permanecido esquivos durante mucho tiempo, pero ahora los investigadores revelan exactamente en qué parte del ojo se encuentra el centro de control de navegación de las aves.
Las aves migratorias viajan largas distancias cuando cambian entre zonas de reproducción e invernada.
Las observaciones de las aves migratorias fueron registradas por primera vez por los antiguos griegos hace más de 3.000 años, y durante mucho tiempo ha sido uno de los grandes misterios de la naturaleza cómo encuentran su camino cuando se embarcan en viajes de miles de kilómetros de largo.
En 2000, los investigadores sugirieron que una proteína en el ojo de las aves les ayuda a tomar información de la luz y procesarla en un curso de viaje: una brújula magnética interna. Desde entonces, los mecanismos sensoriales básicos que subyacen a esta magnetorecepción han sido esquivos.
Estudios de robin europeo
Para resolver el enigma, un grupo de investigación de la Universidad del Sur de Dinamarca unió fuerzas con colegas de la Universidad de Oldenburg, Alemania.
El equipo realizó una serie de estudios y simulaciones que revelan la posición detallada y la naturaleza de la brújula interna. Su trabajo implica estudios de petirrojos europeos Erithacus rubecula, secuenciación y microscopía informática de los ojos de las aves.
"Creemos que tenemos pruebas sólidas para identificar la molécula de magnetoreceptor correcta en las aves migratorias", dijo Ilia Solov'yov, profesora asociada de la Universidad del Sur de Dinamarca.
El estudio se publica en la revista Biología actual .
Las aves necesitan luz para su brújula interior
Ilia Solov'yov es física teórica, biofísica computacional y directora del Grupo de Biología Cuántica y Física Computacional de la Universidad del Sur de Dinamarca.
"El sentido de la brújula magnética en las aves migratorias depende de la luz, y queríamos descubrir qué proteína está en juego. Las teorías han estado circulando alrededor de los llamados criptocromos, pero estas proteínas crípticas vienen en variaciones muy diferentes, así que¿cuál? ", dijo. Los criptocromos pertenecen a un gran grupo de proteínas, que se encuentran en todos los organismos vivos desde las plantas hasta los animales. En las plantas y diversas especies animales, están involucradas, entre otras cosas, en el reloj circadiano y ayudan a la plantao los animales conocen la diferencia entre la noche y el día. En los mamíferos, normalmente se localizan en los núcleos celulares.
Una reacción química influenciada por la dirección del campo magnético de la Tierra
Hasta la fecha, se han encontrado cuatro criptocromos diferentes en la retina de varias especies de aves. Tres de ellos no muestran relevancia para la magnetorecepción, concluyen los investigadores.
"Pero el cuarto, Cry4, parece ser significativamente diferente de los miembros de su familia", dijo Ilia Solov'yov.
Cuando la luz golpea los criptocromos en el ojo de un ave migratoria, experimentan reacciones químicas que están influenciadas por la dirección del campo magnético de la Tierra, proporcionando una señal de la orientación del ave.
Mayor actividad molecular durante las estaciones migratorias
En su laboratorio, los investigadores experimentales de Oldenburg en Alemania, dirigidos por el profesor Henrik Mouritsen, compararon los niveles de expresión de los criptocromos durante las temporadas migratorias de primavera y otoño en relación con las temporadas no migratorias en petirrojos europeos.
Descubrieron que el nivel de expresión de Cry4 en la retina robin europea es significativamente mayor durante la temporada migratoria en comparación con las temporadas no migratorias.
"Este es un fuerte indicador de que la proteína responsable es realmente el criptocromo 4."
20,000 horas de trabajo informático
Los investigadores continuaron determinando la estructura y localización de Cry4s dentro de la retina del ojo. Secuenciaron el petirrojo migratorio europeo Cry4 de la retina y lo usaron para predecir la estructura de la proteína Cry4.
Este trabajo involucró aproximadamente 20,000 horas de nodo en la supercomputadora ABACUS en SDU, lo que significa que si ejecutaran las simulaciones en un nodo computacional que tiene 24 procesadores, requeriría 20,000 horas. Si el mismo trabajo se realizara en un estado normalportátil, llevaría 15 años.
"La estructura de Cry4 es única. Tiene motivos estructurales que concuerdan bien con las mediciones indirectas y muestran claras diferencias con otros criptocromos de plantas e insectos", dijo Ilia Solov'yov.
Además, se reveló que Cry4 se expresa específicamente en una parte muy específica de la retina; es decir, el segmento externo de las células fotorreceptoras de doble cono.
Este nuevo conocimiento puede ayudar a proteger la vida silvestre
Las brújulas interiores no solo se encuentran en las aves migratorias, sino también en otros animales como las abejas.
"Comprender estas brújulas internas en los animales puede darnos un conocimiento fundamental de la naturaleza y tal vez podamos usarlo para proteger la vida silvestre. Muchas aves mueren en los molinos de viento, porque las perturba la turbulencia alrededor de los molinos. Si supiéramos qué es magnéticoexisten campos alrededor de los molinos, tal vez podríamos construir algún tipo de zona de protección alrededor de los molinos ", dijo Ilia Solov'yov.
El Grupo de Biología Cuántica y Física Computacional QuantBioLab en SDU: De particular interés son aquellos procesos biológicos que desencadenan la conversión de energía en formas que son utilizables para transformaciones químicas y de naturaleza cuántica mecánica. Tales procesos implican reacciones químicas, absorción de luz, etc.formación de estados electrónicos excitados, transferencia de energía de excitación y transferencia de electrones y protones en procesos químicos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad del sur de Dinamarca . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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