Les oiseaux ont un mystérieux « sens quantique ». Pour la première fois, les scientifiques l’ont vu en action
Voir notre monde à travers les yeux d’un oiseau migrateur serait une expérience plutôt effrayante.
Quelque chose dans leur système visuel leur permet de « voir » le champ magnétique de notre planète, une astuce de la physique et de la biochimie quantiques qui les aide à parcourir de grandes distances.
Aujourd’hui, pour la toute première fois, des scientifiques de l’université de Tokyo ont observé directement une réaction clé dont on suppose qu’elle se trouve derrière les talents des oiseaux et de nombreuses autres créatures pour détecter la direction des pôles de la planète.
C’est la preuve que la physique quantique affecte directement une réaction biochimique dans une cellule, ce que nous avons longtemps supposé mais que nous n’avions jamais vu en action auparavant.
À l’aide d’un microscope sur mesure sensible aux faibles éclairs lumineux, l’équipe a observé une culture de cellules humaines contenant un matériau photosensible spécial qui réagit dynamiquement aux changements d’un champ magnétique.
La fluorescence d’une cellule diminue lorsqu’un champ magnétique passe au-dessus d’elle. (Ikeya et Woodward, CC BY)
Les changements observés par les chercheurs en laboratoire correspondent exactement à ce à quoi on pourrait s’attendre si un effet quantique excentrique était responsable de la réaction d’illumination.
« Nous n’avons rien modifié ni ajouté à ces cellules », déclare le biophysicien Jonathan Woodward.
« Nous pensons avoir des preuves extrêmement solides que nous avons observé un processus mécanique purement quantique affectant l’activité chimique au niveau cellulaire. »
Alors comment les cellules, en particulier les cellules humaines, sont-elles capables de répondre aux champs magnétiques ?
Bien qu’il existe plusieurs hypothèses, de nombreux chercheurs pensent que cette capacité est due à une réaction quantique unique impliquant des photorécepteurs appelés cryptochromes.
Les cryptochromes se trouvent dans les cellules de nombreuses espèces et sont impliqués dans la régulation des rythmes circadiens. Chez les espèces d’oiseaux migrateurs, les chiens et d’autres espèces, ils sont liés à la mystérieuse capacité de détecter les champs magnétiques.
En fait, alors que la plupart d’entre nous ne peuvent pas voir les champs magnétiques, nos propres cellules contiennent certainement des cryptochromes. Et il est prouvé que même s’il n’est pas conscient, l’homme est en fait toujours capable de détecter le magnétisme de la Terre.
Pour voir la réaction des cryptochromes en action, les chercheurs ont baigné une culture de cellules humaines contenant des cryptochromes dans une lumière bleue qui les rendait faiblement fluorescentes. Pendant qu’elles brillaient, l’équipe a balayé à plusieurs reprises des champs magnétiques de différentes fréquences sur les cellules.
Ils ont constaté que, chaque fois que le champ magnétique passait sur les cellules, leur fluorescence baissait d’environ 3,5 % – assez pour montrer une réaction directe.
Comment un champ magnétique peut-il donc affecter un photorécepteur ?
Tout se résume à ce qu’on appelle le spin, une propriété innée des électrons.
Nous savons déjà que le spin est considérablement affecté par les champs magnétiques. Si l’on dispose les électrons de la bonne manière autour d’un atome et qu’on en rassemble suffisamment au même endroit, la masse de matière qui en résulte peut être mise en mouvement en utilisant un simple champ magnétique faible comme celui qui entoure notre planète.
Tout cela est très bien si vous voulez fabriquer une aiguille pour une boussole de navigation. Mais en l’absence de signes évidents de morceaux de matière magnétiquement sensibles à l’intérieur de crânes de pigeons, les physiciens ont dû penser plus petit.
En 1975, un chercheur de l’Institut Max Planck, Klaus Schulten, a élaboré une théorie sur la façon dont les champs magnétiques pourraient influencer les réactions chimiques.
Il s’agissait d’un phénomène appelé « paire de radicaux ».
Un radical de la variété des jardins est un électron dans la coquille extérieure d’un atome qui n’est pas associé à un second électron.
Parfois, ces électrons célibataires peuvent adopter un ailier dans un autre atome pour former une paire de radicaux. Les deux restent non appariés mais, grâce à une histoire commune, ils sont considérés comme enchevêtrés, ce qui, en termes quantiques, signifie que leurs spins se correspondent étrangement, quelle que soit la distance qui les sépare.
Comme cette corrélation ne peut pas être expliquée par des connexions physiques continues, il s’agit d’une activité purement quantique, ce que même Albert Einstein considérait comme une « action fantôme à distance ».
Dans l’agitation d’une cellule vivante, leur enchevêtrement sera fugace. Mais même ces brèves corrélations devraient durer juste assez longtemps pour faire une différence subtile dans le comportement de leurs atomes parents respectifs.
Dans cette expérience, alors que le champ magnétique passait sur les cellules, la baisse correspondante de la fluorescence suggère que la génération de paires de radicaux a été affectée.
Une conséquence intéressante de cette recherche pourrait être la manière dont même de faibles champs magnétiques pourraient indirectement affecter d’autres processus biologiques. Si les preuves de l’effet du magnétisme sur la santé humaine sont faibles, des expériences similaires comme celle-ci pourraient s’avérer être une autre piste de recherche.
« Ce qu’il y a de réjouissant dans cette recherche, c’est de voir que la relation entre les spins de deux électrons individuels peut avoir un effet majeur sur la biologie », déclare M. Woodward
Bien sûr, les oiseaux ne sont pas les seuls animaux à dépendre de notre magnétosphère pour se diriger. Les espèces de poissons, de vers, d’insectes et même certains mammifères ont un don pour cela. Nous, les humains, pourrions même être affectés cognitivement par le faible champ magnétique de la Terre.
L’évolution de cette capacité aurait pu donner lieu à un certain nombre d’actions très différentes basées sur des physiques différentes.
Le fait d’avoir la preuve qu’au moins l’une d’entre elles relie la bizarrerie du monde quantique au comportement d’un être vivant suffit à nous pousser à nous demander quels autres éléments de la biologie proviennent des profondeurs effrayantes de la physique fondamentale.
Cette recherche a été publiée dans PNAS.
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Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche
