Физики выяснили, что некоторые рецепторы животных, реагирующие на магнитное поле, работают близко к квантовому пределу. По мнению исследователей, тщательное изучение таких рецепторов поможет людям создавать более компактные детекторы магнитного поля.
Многие существа используют магнитное поле Земли для навигации — птицы, бабочки, рыбы, летучие мыши, даже бактерии. У животных в процессе эволюции развились разные типы магнитных сенсоров: радикальные пары, индукционные механизмы и магниторецепция на основе магнетита, минерала из оксидов железа, содержащегося в их организме.
Радикальные пары работают, детектируя связь между неспаренными электронами, связанными с определенными молекулами. Индукция преобразует энергию магнитного поля в электричество, а нервная система животного затем регистрирует электрический заряд. Магниторецепция на основе магнетита работает за счет восприятия движения или смены ориентации крошечных кристаллов железа в теле животного, подобно ориентации по компасу.
Ученые из Университета Крита (Греция) заинтересовались пределами чувствительности животных к магнитному полю в зависимости от типа их сенсоров. Они начали с того, что определили параметры оценки магнитного сенсора — объем, время ответа и степень неопределенности в оценке магнитного поля. Также исследователи указали, что эти параметры могут оказаться очень маленькими для крошечных сенсоров, но существует физический предел работы таких структур, связанный с постоянной Планка.
Чтобы оценить биологические сенсоры, физики предположили, что некоторые животные воспринимают магнитное поле на величинах, близких к теоретическому пределу из-за их малого размера и крайне слабых изменений магнитного поля, которые они способны улавливать. Вместо того чтобы пытаться измерить такие параметры, ученые пошли обратным путем: начали с квантового предела и вывели неизвестные параметры.
Авторы исследования выяснили, что как минимум два биологических магниторецептора, связанных с восприятием химических реакций у различных животных, могут работать прямо на квантовом пределе обнаружения магнитного поля или очень близко к нему. Работа опубликована в журнале PRX Life.
Расчеты показали, что индукционные механизмы не достигают квантового уровня чувствительности. Однако радикально-парный механизм и чувствительность на основе магнетита могут подходить очень близко к пределам точности обнаружения магнитного поля.
Это открытие, по мнению физиков, может привести к созданию более чувствительных устройств для обнаружения магнитных полей.
Автор: Evgenia Vavilova