Новости химической науки > Химический компас – ключ к тайне направленных миграций

Для того, чтобы определить природу таинственного врожденного компаса, с помощью которого мигрирующие животные безошибочно находят правильное направление, химики из Оксфорда впервые продемонстрировали, что магнитное поле Земли может влиять на результат химической реакции.

У многих птиц, млекопитающих и рептилий есть «химический компас», функционирующий под действием света Солнца, Луны т и звезд. Это обстоятельство позволило исследователям предположить, что фоточувствительная химическая реакция помогает животным определять направление. Тем не менее, до настоящего времени еще не было обнаружено реакций, чувствительных к магнитному полю Земли, напряженность которого составляет 50 мкТесла.

Структура химического компаса, в состав которого входят фрагменты каротеноида (C), порфирина (P) и фуллерена (F). (Рисунок из Nature, 2008, DOI: 10.1038/nature06834)

Исследовательская группа под руководством Питера Хора (Peter Hore) и Кристиана Тиммеля (Christiane Timmel) продемонстрировала, что большое фоточувствительное соединение, названное ими CPF – состоящее из фрагментов каротеноида, порфирина и фуллерена, оказывается чувствительной к этому магнитному полю с незначительной напряженностью.

Молекула CPF, синтезированная Девенсом Густом (Devens Gust) из Университета Аризоны, вряд ли похожа по структуре на настоящий биологический комплекс животных, но демонстрирует его принципы работы.

Для того, чтобы получить химический компас, исследователи из Оксфорда суспендировали молекулы CPF в жидких кристаллах, после чего охладили суспензию до –80°C и действовали на нее магнитным полем в 50µT под разными направлениями. Тем не менее, молекулы не вели себя подобно стрелке компаса и не перемещались, ориентируя себя вдоль силовых линий поля – ориентация магнитного поля влияла на результат фотохимического процесса, влияя на выход продуктов, образующихся из свободных радикалов – интермедиатов реакции.

Питер Хор отмечает, что при поглощении молекулой CPF света она переходит в возбужденнее бирадикальное состояние. Главной особенностью соединения является то, что два радикальных центра расположены на различных концах молекулы – расстояние между ними составляет около 3.5 нм, что вполне достаточно для чувствительности бирадикального интермедиата к слабому магнитному полю.

Таким образом, магнитное поле Земли может способствовать образованию триплетного возбужденного состояния, которое, в отличие от обычного синглетного возбужденного состояния не может сразу же вернуться в основное, невозбужденное состояние, что увеличивает время жизни активного интермедиата CPF.

Как полагают исследователи, светочувствительные белки животных (например, криптохромы, обнаруженные в глазах птиц) могут чувствовать магнитное поле земли сходным образом. Команда из Оксфорда полагает, что магнитное поле Земли влияет на выход определенных радикальных состояний, которые, в свою очередь, могут быть «опознаны» сигнальными молекулами, после чего информация о них поступает в мозг.

Источник: Nature, 2008, DOI: 10.1038/nature06834

метки статьи: #биохимия, #молекулярная биология, #новые материалы, #органическая химия, #физическая химия