Anzeige
Changes in the electromagnetic field, such as those experienced by a bird changing direction in flight, appear to alter a biochemical compass in the eye, allowing the bird to see how its direction corresponds to north or south.
The discovery, reported this month in Biophysical Journal, occurred as a result of a “mistake” made by a collaborator, said principal investigator Klaus Schulten, who holds the Swanlund Chair in Physics at Illinois and directs the theoretical and computational biophysics group at the Beckman Institute for Advanced Science and Technology. His postdoctoral collaborator, Ilia Solov’yov, of the Frankfurt Institute for Advanced Studies, did not know that superoxide was toxic, seeing it instead as an ideal reaction partner in a biochemical process involving the protein cryptochrome in a bird’s eye.
Cryptochrome is a blue-light photoreceptor found in plants and in the eyes of birds and other animals. Schulten was the first to propose (in 2000) that this protein was a key component of birds’ geomagnetic sense, a proposal that was later corroborated by experimental evidence. He made this prediction after he and his colleagues discovered that magnetic fields can influence chemical reactions if the reactions occur quickly enough to be governed by pure quantum mechanics.
“Prior to our work, it was thought that this was impossible because magnetic fields interact so weakly with molecules,” he said. Such chemical reactions involve electron transfers, Schulten said, “which result in freely tumbling spins of electrons. These spins behave like an axial compass.”
Changes in the electromagnetic field, such as those experienced by a bird changing direction in flight, appear to alter this biochemical compass in the eye, allowing the bird to see how its direction corresponds to north or south.
“Other researchers had found that cryptochrome, acting through its own molecular spins, recruits a reaction partner that operates at so-called zero spin. They suggested that molecular oxygen is that partner,” Schulten said. “We propose that the reaction partner is not the benign oxygen molecule that we all breathe, but its close cousin, superoxide, a negatively charged oxygen molecule.”
When Solov’yov showed that superoxide would work well as a reaction partner, Schulten was at first dismissive.
“But then I realized that the toxicity of superoxide was actually crucial to its role,” he said. The body has many mechanisms for reducing concentrations of superoxide to prevent its damaging effects, Schulten said. But this gives an advantage, since the molecule must be present at low concentrations – but not too low – “to make the biochemical compass work effectively,” he said.
Although known primarily as an agent of aging and cellular damage, superoxide recently has been recognized for its role in cellular signaling.
However, its toxicity may also explain why humans do not have the same ability to see Earth’s electromagnetic field, Schulten said.
“Our bodies try to play it safe,” he said. “It might be that human evolution chose longevity over orientational ability.”
Diana Yates | Quelle: University of Illinois
Weitere Informationen: www.illinois.edu
Weitere Berichte zu: biochemical process > birds’ geomagnetic sense > blue-light photoreceptor > chemical reaction > Cryptochrome > Earth’s surface > electromagnetic field > Illinois River Watershed > magnetic field > molecular oxygen > oxygen molecule > superoxide > toxic metals
Stem-cell-growing surface enables bone repair
24.05.2012 | University of Michigan
Im wahrsten Sinne „Spitzenforschung“: IPHT-Forscher untersuchen Eiweißfasern mit größter Genauigkeit
24.05.2012 | Institut für Photonische Technologien
Krankheiten wie Parkinson, Alzheimer und bestimmte Krebsformen gehen auf eine fehlerhafte Faltung und Aggregation von Eiweißen im Körper zurück.
Wissenschaftlern des Instituts für Photonische Technologien (IPHT) in Jena ist es erstmals gelungen, Proteinstrukturen auf sub-molekularer Ebene nachzuweisen und spektroskopisch zu analysieren. Ein wichtiger Schritt zum Verständnis der Krankheitsursachen.
„Bis heute hat man nicht genau verstanden, was die fehlerhafte Faltung und Aggregation von Eiweißen, zum Beispiel im Zusammenhang mit Alzheimer, ...
Die Quantenphysik beschreibt physikalische Vorgänge in Festkörpern und anderen Vielteilchensystemen auch mit Hilfe von Quasiteilchen.
Innsbrucker Physikern um Rudolf Grimm ist es nun erstmals gelungen, ein neues Quasiteilchen - ein repulsives Polaron - in einem Quantengas experimentell zu erzeugen. Die Forscher berichten darüber in der Online-Ausgabe der Fachzeitschrift Nature.
Ultrakalte Quantengase sind ein ideales Experimentierfeld, um physikalische Phänomene in Festkörpern zu simulieren. Unter streng kontrollierten Bedingungen ...
Licht lässt die Partikel in der Atmosphäre wachsen. In einem Experiment hat ein internationales Forscherteam erstmals einen neuen Mechanismus nachweisen können, bei dem Partikel durch Licht größer werden und der damit Einfluss auf die Wolkenbildung und das Klima hat.
Photokatalytische Reaktionen können zu einer schnellen Bindung von nicht kondensierenden flüchtigen organischen Kohlenwasserstoffen (VOCs) auf der Oberfläche der Partikel führen. Unter solchen Bedingungen nehme die Größe und Masse der Partikel schnell zu, schreiben die Wissenschaftler im renommierten Fachblatt PNAS.
Die Ergebnisse des Laborexperimentes könnten Effekte erklären, die bisher schon bei Feldkampagnen ...
Ähnlich wie blutsaugende Insekten prüfen Pflanzenschädlinge ihren Wirt auf Abwehrsignale, bevor sie anfangen zu fressen
Pflanzen bilden wenige Minuten nach Angriff eines Fraßfeindes Jasmonsäure, ein Hormon, das die Verteidigung gegen Insekten in Gange setzt mit der Folge, dass giftige Stoffe wie Nikotin oder Verdauungshemmer in den Blättern akkumulieren.
Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie, Jena, haben jetzt herausgefunden, dass Zwergzikaden die Verteidigungsbereitschaft von Tabakpflanzen aufspüren können. ...
Wissenschaftlern vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Bonn ist es erstmals gelungen, den Transport eines wichtigen Informationsträgers in biologischen Zellen praktisch unmodifiziert in Echtzeit zu filmen.
Die Studie zeigt, wie die so genannte Boten-RNA die Zellkernhülle überwindet und vom Zellkern in das Zytoplasma gelangt. Diese Arbeit ist nun in dem renommierten Journal „Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA“ (PNAS) publiziert.
Der Bauplan aller Lebewesen ist in ihrem Erbgut gespeichert. Dieses lagert bei höheren ...
Anzeige
Anzeige

Energieversorger vor dem Umbruch
24.05.2012 | Studien Analysen
Stem-cell-growing surface enables bone repair
24.05.2012 | Biowissenschaften Chemie
Im wahrsten Sinne „Spitzenforschung“: IPHT-Forscher untersuchen Eiweißfasern mit größter Genauigkeit
24.05.2012 | Biowissenschaften Chemie
NieKE Themenforum: Ökonomie - Tierschutz - Lebensmittelsicherheit
24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Nachhaltigkeit in der Schifffahrt: Werte vs. Wertschöpfung
24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Wissenschaft und Öffentlichkeit
24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten