Giftmoleküle können Vögeln helfen, Nord und Süd zu sehen

Giftmoleküle können Vögeln helfen, Nord und Süd zu sehen
Anonim

Forscher der Universität von Illinois berichten, dass ein toxisches Molekül, das Zellen schädigt und Krankheiten verursacht, auch eine entscheidende Rolle bei der Vogelwanderung spielen kann. Das Molekül Superoxid soll eine Schlüsselrolle bei dem mysteriösen Prozess spielen, bei dem Vögel das Magnetfeld der Erde "sehen" können.

Die Entdeckung, die in diesem Monat im Biophysical Journal veröffentlicht wurde, ist auf einen "Fehler" zurückzuführen, den ein Mitarbeiter begangen hat, sagte der leitende Forscher Klaus Schulten, der den Swanlund-Lehrstuhl für Physik in Illinois innehat. Seine Postdoc-Mitarbeiterin, Ilia Solov'yov vom Frankfurter Institut für Höhere Studien, wusste nicht, dass Superoxid toxisch ist, und sah es stattdessen als idealen Reaktionspartner in einem biochemischen Prozess, an dem das Protein Cryptochrom im Auge eines Vogels beteiligt ist.

Cryptochrom ist ein Blaulicht-Photorezeptor, der in Pflanzen und in den Augen von Vögeln und anderen Tieren gefunden wird. Schulten war der erste, der vorschlug (im Jahr 2000), dass dieses Protein eine Schlüsselkomponente des geomagnetischen Sinns von Vögeln ist, ein Vorschlag, der später durch experimentelle Beweise bestätigt wurde. Diese Vorhersage machte er, nachdem er und seine Kollegen entdeckten, dass Magnetfelder chemische Reaktionen beeinflussen können, wenn die Reaktionen schnell genug ablaufen, um von der reinen Quantenmechanik gesteuert zu werden.

"Vor unserer Arbeit dachten wir, dass dies unmöglich ist, weil Magnetfelder so schwach mit Molekülen interagieren", sagte er.

Solche chemischen Reaktionen beinhalten Elektronentransfers, sagte Schulten, "die zu frei taumelnden Elektronenspins führen. Diese Spins verhalten sich wie ein Axialkompass."

Änderungen des elektromagnetischen Feldes, wie sie beispielsweise bei einem Vogel während des Fluges auftreten, scheinen diesen biochemischen Kompass im Auge zu verändern, so dass der Vogel sehen kann, wie seine Richtung Nord oder Süd entspricht.

"Andere Forscher hatten herausgefunden, dass Cryptochrom durch seine eigenen Molekülspins einen Reaktionspartner rekrutiert, der mit dem sogenannten Null-Spin arbeitet. Sie schlugen vor, dass molekularer Sauerstoff dieser Partner ist", sagte Schulten. "Wir schlagen vor, dass der Reaktionspartner nicht das gutartige Sauerstoffmolekül ist, das wir alle atmen, sondern sein enger Verwandter, Superoxid, ein negativ geladenes Sauerstoffmolekül."

Als Solov'yov zeigte, dass Superoxid als Reaktionspartner gut funktionieren würde, war Schulten zunächst abweisend.

"Aber dann wurde mir klar, dass die Toxizität von Superoxid tatsächlich entscheidend für seine Rolle ist", sagte er. Der Körper hat viele Mechanismen zur Reduzierung der Superoxidkonzentrationen, um seine schädlichen Wirkungen zu verhindern, sagte Schulten. Dies ist jedoch von Vorteil, da das Molekül in geringen Konzentrationen vorliegen muss - aber nicht zu niedrig -, "damit der biochemische Kompass effektiv funktioniert", sagte er.

Obwohl Superoxid in erster Linie als Mittel gegen Alterung und Zellschädigung bekannt ist, wurde es kürzlich für seine Rolle bei der Signalübertragung in Zellen anerkannt.

Seine Toxizität könnte jedoch auch erklären, warum Menschen, die auch Cryptochrom in ihren Augen haben, nicht die gleiche Fähigkeit haben, das elektromagnetische Feld der Erde zu sehen, sagte Schulten.

"Unsere Körper versuchen auf Nummer sicher zu gehen", sagte er. "Es könnte sein, dass die menschliche Evolution die Langlebigkeit der Orientierungsfähigkeit vorgezogen hat."

Quelle: Universität von Illinois in Urbana-Champagne (News: Web)