Chemici ontwerpen chemisch kompas dat werkt op licht

Een chemische reactie die zich afspeelt onder invloed van licht, zou aan de basis kunnen liggen van een magnetisch kompas, waarmee tal van diersoorten – vogels, zoogdieren, amfibieën, vissen – in staat zijn om zich te oriënteren op het aardmagnetisch veld. Engelse en Amerikaanse scheikundigen hebben aangetoond dat het uiterst zwakke aardmagnetische veld een meetbaar effect kan hebben op zo’n chemische reactie (Nature, advanced online publication, 30 april). Of het zo ook echt bij vogels werkt is onbekend. Het magnetisch kompas van vogels is lichtgevoelig, en oefent zijn werking vooral via het rechteroog uit.

Er bestaan twee hypothesen ter verklaring van het biologisch kompas, eentje die uitgaat van het magnetische mineraal magnetiet, en een andere die het kompas toeschrijft aan magnetisch gevoelige chemische reacties. Voor die laatste verklaring was tot nu toe niet overtuigend aangetoond dat het uiterst zwakke aardmagnetische veld ook echt een meetbaar effect kan hebben op een chemische reactie.

Peter Hore en collega’s van de universiteiten van Oxford en Arizona State sleutelden een langgerekt molecuul in elkaar, waarin na absorptie van groen licht een elektron van de ene naar de andere kant wordt verplaatst. Vervolgens kan dat elektron op verschillende manieren terugkeren, maar omdat elk elektron zelf een klein magneetje is, wordt de snelheid waarmee dat gebeurt beïnvloed door een uitwendig magnetisch veld. Uit een reeks experimenten bleek dat zelfs het zwakke aardmagnetische veld een merkbaar effect teweegbracht.

De experimenten verklaren ook waarom vogels bij bepaalde kleuren licht hun magnetische oriëntatievermogen verliezen. Er zijn immers fotonen met voldoende energie nodig om het elektron te verplaatsen.

Om ze daadwerkelijk als chemisch kompas dienst te laten doen, moesten de onderzoekers de moleculen oriënteren. Dat deden ze door ze vast te zetten in een vloeibaar kristal en het geheel af te koelen. Het modelsysteem reageerde inderdaad als een zogeheten inclinatiekompas, dat wil zeggen, het bleek gevoelig voor de hoek van het magnetisch veld, de richting van de aardmagnetische veldlijnen ten opzichte van de zwaartekracht. Met een inclinatiekompas kunnen dieren niet alleen het magnetische noorden bepalen, maar ook ruwweg hun positie op de aardbol in noord-zuidrichting.

Grote vraag is nu welk molecuul in werkelijkheid de rol van chemisch kompas op zich neemt. Het detectiesysteem bevindt zich zeer waarschijnlijk in het netvlies in het oog. Daar komt voldoende licht binnen en het heeft de vorm van een halve bol. Een vogel zou het magneetveld kunnen ‘zien’ als een patroon donkere en lichte vlekken. De onderzoekers maken aannemelijk dat het eiwit cryptochroom, dat aanwezig is in speciale fotoreceptoren in het oog, beschikt over de juiste eigenschappen, maar zeker is dat niet. Rob van den Berg