La Magnetorecezione

La Magnetorecezione: Come gli Animali Percepiscono e si Orientano con il Campo Magnetico Terrestre

Il campo magnetico terrestre ha il ruolo fondamentale di "scudo elettromagnetico protettivo" contro le radiazioni solari e cosmiche dannose. Questo campo devia le particelle cariche provenienti dal Sole e dal cosmo, contribuendo a proteggere la vita sulla Terra.

Il geomagnetismo è cruciale per l'orientamento e la navigazione, e la magnetorecezione, un fenomeno affascinante che consente agli animali di percepire ed orientarsi seguendo il campo magnetico della Terra, costituisce uno dei misteri più intriganti della biologia. Sebbene questa capacità sia stata osservata in diverse specie animali i dettagli dei meccanismi biologici alla base della magnetorecezione rimangono ancora in gran parte sconosciuti.

La magnetorecezione permette per esempio alle tartarughe marine di orientarsi in mare e ritrovare la stessa spiaggia dove sono nate per dove deporre le uova o ai cetacei come balene e delfini di orientarsi nei loro spostamenti o ancora alle rondini di percorrere migliaia di km dall'Africa all'Europa.

Si sa poi che anche alcuni mammiferi, come le mucche e i cervi, possiedono cellule nervose contenenti magnetite, che consentono loro di percepire i cambiamenti nel campo magnetico circostante. Anche nella trota per esempio, sono presenti minuscoli cristalli di ferro nell'epitelio olfattivo. Questa capacità percettiva è stata riscontrata recentemente anche in alcuni insetti come gli stercorari che addirittura si orientano anche con le stelle.

Le Teorie Biologiche della Magnetorecezione

Tutti gli esseri viventi sembrano quindi essere dotati di una sorta di bussola interna che utilizzano per orientarsi nel mondo. Questa abilità è ampiamente attribuita alla magnetorecezione, un meccanismo biologico che consente agli animali di percepire il campo magnetico terrestre e di utilizzarlo come guida durante i loro spostamenti e migrazioni.

La magnetorecezione è stata osservata in una vasta gamma di specie, tra cui uccelli migratori, tartarughe marine, pesci, insetti e mammiferi. Tuttavia, i dettagli esatti di come questi animali percepiscano e utilizzino il campo magnetico rimangono ancora in gran parte sconosciuti.

Nel corso degli anni, sono state proposte diverse ipotesi e teorie per spiegare il meccanismo alla base della magnetorecezione negli animali. Una delle ipotesi più accreditate suggerisce che questa capacità potrebbe essere legata alla presenza di particolari strutture cellulari sensibili al campo magnetico, come le cripte magnetiche nei piccioni o le cellule gangliari negli uccelli migratori.

Altre teorie ipotizzano che la magnetorecezione potrebbe essere correlata a processi biochimici all'interno delle cellule, o che gli animali potrebbero utilizzare informazioni visive o olfattive in combinazione con il campo magnetico per orientarsi.

La Magnetite

Uno dei due meccanismi utilizzati dagli animali per la navigazione si basa sull'utilizzo di un minerale magnetico ricco di ferro chiamato magnetite, mentre il secondo meccanismo, noto come coppia di radicali, funziona attraverso i criptocromi, delle flavoproteine presenti nella retina dell'occhio di diverse specie animali e che dipendono dalla luce.

La magnetite è un minerale con proprietà magnetiche che si trova anche in molluschi, salmoni e lungo il bordo del becco dei piccioni per esempio. Si ritiene che i cristalli di magnetite possano orientarsi e allinearsi in risposta al campo geomagnetico, ma finora non sono stati individuati i recettori responsabili della trasformazione di questo orientamento magnetico in un impulso nervoso.

Questo meccanismo è paragonabile a quello di una bussola che si orienta lungo l'asse Nord-Sud. Gli uccelli migratori, quando esposti a determinate condizioni di luce, mostrano risposte di "direzione fissa" al campo magnetico, il cui punto di origine è stato individuato nei recettori presenti nel becco. Questi risultati indicano la presenza di magnetorecettori a base di magnetite localizzati nella parte superiore del becco, vicino alla pelle. Tuttavia, studi successivi hanno ridimensionato questa ipotesi, dimostrando che le cellule contenenti magnetite nel becco degli uccelli migratori erano in realtà macrofagi e non neuroni magnetosensitivi.

Il professor Joseph L. Kirschvink del California Institute of Technology è stato il primo a suggerire l'esistenza di una base genetica per la sensibilità magnetica in certi organismi viventi, sostenendo che questa capacità sia in continua evoluzione. Un'ipotesi intrigante è che questa sensibilità possa essere stata trasportata sulla Terra attraverso meteoriti, con microrganismi fossili contenenti magnetite. Si pensa che questa caratteristica potrebbe provenire addirittura da Marte.

I Criptocromi

La teoria della magnetorecezione tramite coppia di radicali fu inizialmente avanzata da Schulten nel 1978, ipotizzando che meccanismi simili a quelli della fotosintesi potessero essere applicati alla percezione magnetica negli organismi viventi.

Ricerche successive hanno confermato questa ipotesi. La magnetorecezione tramite coppia di radicali dipende dalla luce ed è stata individuata negli occhi degli uccelli migratori, dove si trovano molecole proteiche chiamate criptocromi. Queste proteine sono le sole capaci di generare radicali liberi quando sono eccitate dai fotoni, e prendono il nome dalle Criptogamae, un gruppo di piante come felci, muschi e licheni, in cui sono stati originariamente identificati.

Anche le piante ospitano criptocromi: ad esempio, in Arabidopsis thaliana, questi aiutano nella crescita quando la luce blu è scarsa. Studi successivi hanno rivelato la presenza di criptocromi in vari animali, come la Drosophila melanogaster (moscerino della frutta), che potrebbero avere funzioni sia di magnetorecezione sia di regolazione del ritmo circadiano.

Nei mammiferi, come topi e esseri umani, i criptocromi sembrano essere coinvolti principalmente nella regolazione del

ritmo circadiano.

Tra questi i criptocromi, il criptocromo 4 è particolarmente significativo, poiché è l'unico trovato nella retina di animali che utilizzano la navigazione magnetica.

Il meccanismo alla base suggerisce che gli uccelli potrebbero "vedere" il campo geomagnetico, offrendo loro un orientamento rispetto alla direzione e all'intensità del campo magnetico, che varia in base alla latitudine. I pettirossi per esempio migrano principalmente di notte, quando la luce necessaria per la magnetorecezione è scarsa.

La possibilità che anche negli esseri umani abbiano un senso magnetico ha destato infatti grande interesse,  soprattutto dopo gli studi condotti all'inizio degli anni Ottanta da Robin Baker, biologo dell'Università di Manchester.

Questa scoperta catturò l'attenzione dei media, ma fu accolta con scetticismo da molti scienziati. Tuttavia, è interessante notare che nel Settecento il medico austriaco Franz Anton Mesmer sperimentò tecniche di ipnosi basate su quello che chiamava "magnetismo animale", suggerendo che la sensibilità magnetica potesse avere radici più antiche di quanto si credesse.

Studi recenti hanno dimostrato che il criptocromo umano (CRY2), presente nella retina, può essere sensibile al magnetismo quando esposto alla luce. La presenza di depositi di materiali magnetici nell'osso etmoide, che fa parte della struttura del naso, potrebbe essere indicativa di una potenziale capacità magnetorecettiva negli esseri umani, anche se ulteriori indagini sono necessarie per confermare questo punto.

Infine, uno studio del 2019 ha suggerito che le onde alfa cerebrali umane possono interagire con i campi magnetici esterni, ma non è ancora chiaro se questa interazione possa influenzare il comportamento umano in modo significativo. Ulteriori ricerche sono fondamentali per comprendere appieno l'impatto di queste interazioni sulla percezione e sul comportamento umano.

Altre Ipotesi

Recentemente è stata presentata una nuova ricerca scientifica pubblicata sulla rivista "New Journal of Physics" da un gruppo di fisici dell'Università di Oxford, che hanno evidenziato il ruolo della "chimica dello spin" nel fenomeno della magnetoricezione.

Lo spin è una proprietà quantistica associata a particelle subatomiche e atomi, simile alla rotazione di un corpo attorno a se stesso. Ciò che rende questa scoperta rilevante è che le reazioni chimiche avvengono in modo più efficiente quando lo spin dei reagenti corrisponde a quello dei prodotti di reazione, mantenendo quindi lo stato di spin lungo l'intero processo.

Poiché lo spin di una particella è associato a un momento magnetico, essa si comporta come una minuscola bussola che risponde alla presenza di un campo magnetico esterno. Questo fenomeno spiega come un campo magnetico possa influenzare una reazione chimica, secondo le leggi della chimica dello spin.

Riguardo alla magnetoricezione negli uccelli, la domanda cruciale era se l'intensità del campo geomagnetico potesse alterare le reazioni chimiche che avvengono nei criptocromi presenti nella retina. La risposta positiva è stata confermata attraverso complesse simulazioni al computer condotte dai ricercatori di Oxford.

"È ben fondato il principio che alcuni processi chimici possano rispondere a campi magnetici molto deboli", ha spiegato Peter Hore, ricercatore a capo dello studio scientifico. "Ciò che finora mancava era la dimostrazione che ciò fosse fondamentale per la magnetoricezione aviaria".

Secondo i ricercatori, questa scoperta potrebbe avere applicazioni significative in settori inaspettati, come per esempio lo sviluppo di dispositivi elettronici a basso costo e impatto ambientale.

Inoltre, comprendere come gli animali percepiscono e si orientano con il campo magnetico terrestre potrebbe fornire preziose informazioni su aspetti come le migrazioni degli uccelli o le rotte di navigazione delle tartarughe marine, cetacei e pesci. Queste informazioni possono essere cruciali per la conservazione delle specie e per la comprensione e la prevenzione delle minacce ambientali.

Prospettive Future

Molte domande rimangono ancora senza risposta e molte sfide attendono i ricercatori. Determinare i meccanismi molecolari e cellulari alla base della magnetorecezione rimane una priorità per la ricerca biologica. Guardando al futuro, è fondamentale continuare a investire in studi innovativi e multidisciplinari per portare luce sui misteri ancora celati dietro questo fenomeno biologico.

La magnetorecezione rappresenta un campo affascinante e complesso che continua a catturare l'interesse e la curiosità degli scienziati e del pubblico. Attraverso la ricerca scientifica, potremmo un giorno svelare nuovi segreti della navigazione magnetica degli animali, aprendo nuove frontiere per la scienza e la conoscenza della vita.