Возможно. Проблема лишь в том, что обнаружить такой компас никак не удается.
Поиски биологического компаса идут уже почти полвека, и в них участвуют биологи, химики и даже физики. Но анатомическое строение, механизм, расположение и нервные связи магниторецепторов животных по-прежнему остаются загадкой. Кеннет Ломан, специалист по навигации черепах, назвал эти поиски «безумно трудными»
[87]. Магнитные поля, писал Ломан в журнале Nature, свободно проходят через биологические ткани, и это значит, что магниторецепторы могут располагаться практически в любом месте. Возможно, они имеют микроскопические размеры и распределены по всему телу, а возможно, магниторецепция имеет химический характер, и это значит, что у нее не существует единого органа или структуры. «Мы все еще пытаемся понять, как они это делают, – говорил мне геолог Джо Киршвинк. – Компас – это иголка в стоге сена».
Я познакомилась с Киршвинком на конференции, организованной Королевским институтом судоходства, который специализируется на навигации в воздухе, на море и в космосе. Один раз в три года эта конференция, посвященная животным, собирает самых известных ученых, которые знакомят коллег со своими исследованиями. В тот год конференция проходила в Королевском колледже Холлоуэй, викторианском здании в нескольких милях к юго-западу от Лондона, в роскошных интерьерах которого снимался сериал «Аббатство Даунтон». Во время перерывов на чай с сэндвичами становилось ясно, что здесь встретились исследователи, которые работали в этой области не один десяток лет, и поэтому атмосфера была дружественной. Однако во взглядах ученых наблюдался раскол.
Один лагерь составляли те, кто был убежден, что биологический компас можно объяснить магнетитом, – это кристаллы железа, присутствующие в клетках животных и позволяющие развиться органам, которые способны обнаруживать геомагнитное поле. Во втором лагере были те, кто верил, что магниторецепцию следует представлять как биохимическую реакцию, на которую влияет магнитное поле Земли, – модель навигации, в основе которой лежит квантовая физика. Некоторые исследователи утверждали, что биологический компас может включать сочетание нескольких механизмов, но многие участники конференции направляли все бюджеты своих лабораторий на подтверждение превосходства одной теории над другими, превращая поиск биологического компаса в научную гонку. Ставки были велики: можно было не только обрести уважение и почет, решив проблему, над которой столько лет напрасно билась наука, но и найти возможность широкого применения этого решения в технике и медицине. Например, открытие механизма биологического компаса могло способствовать развитию новой, только что зародившейся сферы науки – квантовой биологии, основанной на идее о том, что квантовая механика – это не только «глубоко залегающий фундамент, на котором стоит биология»
[88], но и реальный механизм, стоящий за многими биологическими явлениями. Возможно, вместе с этим открытием наступит и новая эра магнитогенетики и мы получим способность управлять молекулами в клетках с помощью магнитного поля.
Именно Киршвинк обнаружил минерал магнетит, природный оксид железа, в организме пчел и почтовых голубей, когда еще учился в аспирантуре Принстонского университета. Вскоре он предложил магнетит в качестве основы биологического компаса животных. Для обнаружения магнитного поля Земли достаточно присутствия в клетке лишь нескольких кристаллов магнетита, писал он. Энергичный и искренний, Киршвинк твердо верит в гипотезу магнетита как основы навигации животных. Это, как он объясняет, и есть наиболее рациональный путь эволюции для миграционного поведения, которое наблюдается у самых разных видов животных. Естественный отбор взял некое явление, которое проявлялось очень слабо, – чувствительность магнетита к магнитному полю – и посредством мутаций и репликации генов улучшил его до такой степени, что появились такие мастера навигации, как малый веретенник. «Такие вещи создаются постепенно. Для этого должна быть возможность. Нужно чем-то обладать, чтобы это выбрать, – объясняет Киршвинк. – Когда есть магнит – легко выбрать магнит».
Казалось бы, присутствие магнетита в организме многих животных служит верным доказательством этой модели биологического компаса. В 2000-х гг. многие исследователи думали только об одном: как бы найти магнетит в обонятельных клетках радужной форели, в мозге слепышей и в верхней части клюва почтовых голубей. Но затем группа ученых из Института молекулярной патологии в Вене присмотрелась повнимательнее: исследователи сделали срезы клювов у сотен почтовых голубей, обработали их с помощью окрашивания, чтобы выявить клетки, содержащие железо, и обнаружили большой разброс в количестве таких клеток. У одних голубей их насчитывалась лишь пара сотен, у других – десятки тысяч. Возможное объяснение состоит в том, что эти клетки просто продукт иммунного ответа в птичьих лейкоцитах. Это не значит, что гипотеза магнетита мертва, – вовсе нет. «Один эквивалент магнитной бактерии может дать киту компас. Это всего одна клетка, – говорит Киршвинк. – Удачи в поисках».
Примерно в то же время, когда Киршвинк искал магнетит у пчел, немецкий физик Клаус Шультен изучал, как радикальные пары – две молекулы, каждая из которых обладает неспаренным электроном, – могут реагировать на магнитное поле. Когда два электрона в радикальной паре коррелированы – находятся в состоянии запутанности или когерентности, при которых частицы или волны влияют друг на друга, даже если они находятся на расстоянии или расщеплены, – магнитное поле способно модулировать их спин. Двумя годами позже Шультен опубликовал вторую статью, предположив, что благодаря этому явлению у птиц появляется биомагнитный сенсор, своего рода «химический компас»
[89], который приводился в действие после того, как свет вызывал реакцию переноса электрона, создавая радикальные пары, на которые затем воздействовало внешнее магнитное поле.
На протяжении следующих двадцати лет никто не знал, может ли такая реакция с участием радикальных пар проходить в организме животных. «Было ясно, что механизм образования радикальной пары реален, – рассказывал мне Питер Хор, профессор физической и теоретической химии в Оксфордском университете, – но предположения о том, что подобное может происходить в организме птиц, не выходили из области догадок». Затем, в 2000 г., Шультен обратил внимание на недавно открытый белок криптохром, который обнаружили в растениях и считали ответственным за регулирование роста в процессе фотосинтеза. Криптохром относится к флавопротеинам, чувствительным к синему свету; впоследствии его нашли в бактериях, в сетчатке бабочек монархов, дрозофил, лягушек и даже человека. И до сих пор только он обладает необходимыми свойствами для механизма, который иногда называют квантовым компасом.
