Göçmen Kuşlar Kuantum Mekaniği bilir mi…? (Can Migrating Birds know about Quantum Mechanic…?)

(Kaynak: scientificamerican.com; Kyle Bean)

Yeni bir araştırmaya göre, göçmen kuşların göç yollarını bulurken Dünyanın manyetik alan çizgilerini izlemeleri ‘Kuantum Mekaniği’ bilmeleri sayesinde mümkün olmakta…!

Peter J. Hore ve Henrik Mouritsen’in dergi Scientific American’ın Nisan 2022 sayısında yayımlanan haberinde, bu bulgu duyuruldu…!

Göçmen kuşlardan bazılarının, Pasifik Okyanusu üzerinden bir yol izleyerek, Alaska’dan Yeni Zelenda’ya (12,000 kilometre), iç durmadan yedi günde uçabildikleri belirlendi…!

Antik çağda insanlar kuşların mevsime bağlı olarak ortaya çıkışı ve kayboluşunu açıklayamamış… Aristotle’nin bile, bazı kuşların ortadan kayboldukları dönemde ‘kış uykusuna’ yattıklarını (hibernate), bazı kuşların ise geçici olarak başka (mahalli) kuşlara dönüştüğünü ileri sürdüğü söylenir…!

Son yüzyılda, kuşların ayaklarına izleme plakaları bağlanarak veya daha sonraki dönemde uydu ile izlenerek gerçekleştirilen gözlemlerle, kuşların bu ‘dönemsel ortadan kayboluşları’ bilimsel kanıtlarla açıklanabildi…; kuşlar, gerçekte, çok uzak mesafelere göç edebilmekteydi…

Bu keşif daha büyük bir soruya yol açtı…: Kuşlar yollarını nasıl bulabilmekteydi…?

Kuşların, Dünyanın manyetik alan çizgilerini ve denizciler gibi, Güneşi-gökyüzünü (yıldızları; celestial cue) izleyerek göç yolunu belirledikleri bir süredir bilinmekte olan bir husus… Kuşlar, denizcilerin ötesinde bir kabiliyete sahip olarak, Dünyanın etrafını saran manyetik alan çizgilerini de izleyebilmekte ve Dünya üzerindeki konumları ile uçuş yönlerini de belirleyebilmekte…

Bilim insanları, kuşların manyetik alan çizgilerini izleyebilme kabiliyetinin arkasındaki bilimsel temeli anlayabilmek için elli yıldan beri çalışmakta…

Araştırmacılar, gerçekleştirdikleri deneylerle, kuşların ‘biyolojik pusula’sının, kuşların gözlerinde fotokimyasal yolla oluşan ve radikal çiftler (radical pairs) adı verilen kısa ömürlü moleküller sayesinde oluştuğunu ortaya koydu…

Kısaca, kuşlar, hedefledikleri kışlama/yazlama alanlarına ulaşabilmek için izleyecekleri manyetik alan çizgilerini-bir anlamda-görebilmekte…!

Haliyle, kuşların biyolojik saati de, göçe ne zaman başlayacaklarını söylemekte… Kuşlar, göç (uçuş) yönü hakkında, kalıtımsal bilgilere de sahip… Kuşların anne ve babalarının farklı genetik (uçuş-yönü) bilgisine sahip olması durumunda, bu iki farklı bilginin ortasını (muhtemelen bir referans / kıyaslama bilgisi olarak) ‘uçuş yönü bilgisi’ olarak kullandığı söyleniyor…

Bilim insanları, gerçekte, kuşların Güneşi, yıldızları ve manyetik alan çizgilerini izleme hususunda üç ayrı sensör sistemlerinin olduğunu sylüyor… (Bunlara ilave olarak, muhtemelen, sensörlerden gelen bu çoklu-bilgiyi kıyaslayarak daha tercih edilecek olanın seçimini sağlayacak, ayrı bir analiz kabiliyetleri de mevcut olmalı…!)

Araştırmacılar, yine de, kuşların şiddetli ve beklenmedik rüzgarlar gibi sebeplerle ana rotalarından saptırılmaları halinde hedefledikleri kara parçasına ulaşamadıklarını söylüyor… ‘Songbird’ (birçok türü olan, ötücü bir küçük kuş) adı verilen kuşların yavrularının, gerçekleştirdikleri ilk (‘gidiş-dönüş’) göçte %30 oranında telef oldukları belirlenmiş…! İlk göçü başarıyla tamamlayan bir kuş, hafızasında oluşturacağı -başarılı-göç haritasıyla, sonraki göçlerini kolayca gerçekleştirebilmekte… (Yaren leylek, Mudanya’daki yuvasına bu sayede tekrar tekrar gelebilmekte…)

Yetişkin ‘Songbird’lerin %50’sinin önceki yuvalarına her yıl gelebildiği belirlenmiş…

Bilim insanları kuşların, görme, koklama ve manyetik alan-algılama (magnetoreception) gibi, birçok hissini birlikte kullanarak yön-tayini / seyrüsefer verisi sağladığını söylüyor…Geceleri yıldızların kutup yıldızı merkezli dönüşü ile kuşlar, ilk göçlerinde, öncelikle kuzey-güney yönlerini belirlemeyi öğrenir… 24 saatlik iç-saatleri de Güneşi referans alan pusulalarının kalibresini sağlar…

Kuşlar, üzerinden geçtikleri bölgelerin karakteristik kokularını tanıyarak, daha önce üzerinden uçtukları bölgeleri hatırlayabilir…

Araştırmacılar, geceleri göç eden küçük ‘Songbird’ kuşlarının manyetik yön hissinin birçok hususta olağanüstü özellikleri olduğunu söylüyor… Gerçekleştirilen deneylerle, kuşların, manyetik pusulanın davranışından farklı olarak, uçtukları bölgedeki manyetik alan ekseninin Dünya yüzeyi ile yaptığı açıyı belirleyebildiklerini (eğim-pusulası) gösterdi… Gerçekleştirilen laboratuvar deneylerinde, manyetik alan yönü değiştirildiğinde dahi, kuşun doğru yöne konumlanmasını engelleyemediğini göstermiş…

1978’de, gerçekleştirilen manyetik-algılama (magnetoreception) araştırmasında, Klaus Schulten (Max Planck Institute for Biophysical Chemistry in Göttingen, Germany) kuşların bu pusulasının manyetik olarak hassas kimyasal transformasyonlarla ilişkili olduğunu ileri sürdü… İlk bakışta akılalmaz görünen bu önermede, Dünyanın manyetik alan enerjisi moleküllerdeki atomların bağını koparabilmek için gerekli olan enerjinin milyonda biri kadardı…; çok çok küçüktü…

Schulten’in esinlendiği ve on yıl kadar önce gerçekleştirilen bir araştırmada, radikal-çiftler olarak bilinen kimyasal yapıların (intermediates), sahip oldukları özellikleri sebebiyle, manyetik etkileşmelere karşı duyarlı kimyasal özellik kazandığı belirlenmişti…Araştırmacılar, geçen kırk yıllık dönemde, manyetik alanın radikal-çiftler üzerinde etkisini anlayabilmek için yüzlerce laboratuvar deneyi gerçekleştirdi…

RAraştırmacılar, radikal-çiftlerin neden çok özel olduğunu anlayabilmek için, elektronun ‘spin’ (spin angular momentum) adı verilen özelliklerinin dikkate alınması gerektiğini söylüyor…

Bilim insanları, ‘spin’ (dönme) özelliğine sahip parçacıkların, adeta bir mini-mıknatıs gibi, davranış gösterdiklerini söylüyor…Moleküllerin çoğu, zıt spin yönlü (özellikli) eşit miktarda elektron çiftleri barındırır. Sonunda, spin momentleri birbirini nötürler (cancel out)…

Radikaller olarak adlandırılan moleküller, elektron kaybetmiş olmaları veya kazanmış olmaları sebebiyle, bir net spin’e/manyetik momente (bu özelliğe) sahip olan moleküller… Bir kimyasal reaksiyon sonunda aynı anda iki radikal (molekül; radikal çift) ortaya çıktığında, her bir radikal içindeki (çift-oluşturmamış; unpaired) iki elektron paralel olmayan (singlet state) veya paralel spin (triplet state) özelliğine sahip olabilir…

Bir radikal çiftin ‘singlet’ durumunda yaratılmasından hemen sonra, iç manyetik alanları bu iki elektronun, birkaç mikrosaniye süresince, ‘waltz’ adı verilen, karmaşık bir kuantum durumuna geçmesine sebep olur…; ‘saniyede milyonlarca defa, ‘singlet’ ‘triplet’ durumuna, ‘triplet’ de ‘singlet’ durumuna döner…!

Uygun koşullar gerçekleştiğinde, bu ‘dans-hareketi’ dış manyetik alanlardan etkilenebilir…

Schulten, bu kuantum etkisinin, çevresel etkiyle etkileşerek, gerçekleşmesinin mümkün olabileceği düşünülenin milyonda biri kadar küçük etkilerden bile etkilenerek, (kuşlarda) manyetik pusula algısının oluşmasını sağlayabileceğini söylemiş…; son yıllarda gerçekleştirilen araştırmalar bu tezi destekler yönde sonuçlar vermiş…!

(Bu araştırmanın daha fazla detayını öğrenmek isteyenler aşağıdaki kaynağa başvurabilir…)

Yararlanılan Kaynak:

https://www.scientificamerican.com/article/how-migrating-birds-use-quantum-effects-to-navigate/