Một trong những giác quan “thứ sáu” đáng chú ý nhất trong thế giới động vật là khả năng phát hiện từ trường, nhưng chính xác cách thức hoạt động của giác quan này vẫn là một bí ẩn. Giờ đây, các nhà nghiên cứu ở Nhật Bản có thể giải quyết được một phần quan trọng của câu đố đó, họ tạo ra những quan sát đầu tiên về các tế bào sống phản ứng với từ trường.
Nhiều loài động vật được cho là định hướng bằng cách cảm nhận từ trường Trái đất, bao gồm chim, dơi, lươn, cá voi và, theo một số nghiên cứu, có lẽ thậm chí cả con người. Tuy nhiên, cơ chế hoạt động chính xác ở động vật có xương sống vẫn chưa được hiểu rõ. Một giả thuyết cho rằng đó là kết quả của mối quan hệ cộng sinh giữa động vật và vi khuẩn cảm nhận từ trường.
Nhưng giả thuyết hàng đầu cho rằng khả năng cảm nhận từ trường liên quan đến các phản ứng hóa học gây ra trong tế bào thông qua cơ chế gọi là cơ chế cặp gốc (radical pair mechanism). Về cơ bản, nếu một số phân tử nhất định bị kích thích bởi ánh sáng, các electron có thể nhảy sang các phân tử lân cận. Điều này có thể tạo ra các cặp phân tử với electron độc thân, được gọi là một cặp gốc. Nếu các electron trong các phân tử đó có cùng trạng thái spin, các phản ứng hóa học của chúng sẽ xảy ra chậm hơn, và nếu các spin trái ngược nhau thì các phản ứng xảy ra nhanh hơn. Vì từ trường có thể ảnh hưởng đến trạng thái spin của điện tử, chúng có thể thay đổi tấc độ các phản ứng hóa học từ đó làm thay đổi hành vi của động vật.
Trong tế bào sống của động vật có thể cảm nhận từ tính, các protein được gọi là cryptochromes được cho là các phân tử thực hiện cơ chế cặp gốc này. Và giờ đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học Tokyo đã lần đầu tiên quan sát thấy các cryptochromes phản ứng với từ trường.
Nhóm nghiên cứu đã làm việc với tế bào HeLa, một dòng tế bào ung thư cổ tử cung ở người được nuôi trong phòng thí nghiệm thường được sử dụng cho các loại thí nghiệm này. Họ tập trung vào các phân tử flavin của tế bào, một tiểu đơn vị của cryptochromes phát huỳnh quang dưới ánh sáng xanh.
-
- Một hình ảnh động cho thấy huỳnh quang của tế bào mờ đi khi phản ứng với từ trường (Ảnh: Ikeya và Woodward, PNAS)
Các nhà nghiên cứu đã chiếu xạ các tế bào bằng ánh sáng xanh để chúng phát huỳnh quang, sau đó quét từ trường lên chúng cứ sau 4 giây. Và mỗi khi nó quét qua chúng, huỳnh quang của các tế bào giảm khoảng 3,5%.
Nhóm nghiên cứu nói rằng sự mờ đi này là bằng chứng về cơ chế cặp gốc đang hoạt động. Về cơ bản, khi các phân tử flavin bị kích thích bởi ánh sáng, chúng sẽ tạo ra các cặp gốc hoặc phát huỳnh quang. Từ trường ảnh hưởng đến nhiều cặp gốc hơn để có cùng trạng thái spin điện tử, làm chậm phản ứng hóa học của chúng và làm mờ huỳnh quang tổng thể.
Ông Jonathan Woodward, đồng tác giả của nghiên cứu cho biết: “Chúng tôi đã không sửa đổi hoặc thêm bất kỳ thứ gì vào các tế bào này. Chúng tôi nghĩ rằng chúng tôi có bằng chứng cực kỳ chắc chắn rằng chúng tôi đã quan sát thấy một quá trình cơ học lượng tử thuần túy ảnh hưởng đến hoạt động hóa học ở cấp độ tế bào”.
Nhóm nghiên cứu nói rằng từ trường được sử dụng trong các thí nghiệm giống như một nam châm tủ lạnh thông thường, mạnh hơn nhiều so với từ trường tự nhiên của Trái đất. Nhưng thú vị là, từ trường yếu hơn thực sự có thể khiến trạng thái spin của electron trong các cặp gốc chuyển đổi dễ dàng hơn.
Điều đó có thể có nghĩa là cơ chế cặp gốc đang hoạt động ở động vật có thể cảm nhận từ tính, nhưng cần phải nghiên cứu thêm để biết chắc chắn.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences.
Văn Thiện
Theo Newatlas
