Alle lebenden Zellen könnten die molekulare Maschinerie für einen "sechsten Sinn" besitzen

Jedes Tier auf der Erde könnte die molekulare Maschinerie zur Wahrnehmung von Magnetfeldern besitzen, selbst jene Organismen, die nicht mit Hilfe dieses mysteriösen "sechsten Sinns" navigieren oder wandern.

Wissenschaftler, die an Fruchtfliegen arbeiten, haben jetzt ein allgegenwärtiges Molekül in allen lebenden Zellen identifiziert, das auf magnetische Empfindlichkeit reagieren kann, wenn es in ausreichender Menge vorhanden ist oder wenn andere Moleküle es unterstützen.

Die neuen Erkenntnisse deuten darauf hin, dass die Magnetorezeption im Tierreich viel weiter verbreitet sein könnte, als wir bisher wussten. Wenn die Forscher Recht haben, könnte es sich um eine erstaunlich alte Eigenschaft handeln, die praktisch alle Lebewesen teilen, wenn auch in unterschiedlicher Stärke.

Das bedeutet nicht, dass alle Tiere oder Pflanzen aktiv Magnetfelder wahrnehmen und ihnen folgen können, aber es deutet darauf hin, dass alle lebenden Zellen dies tun könnten, auch unsere.

"Wie wir die Außenwelt wahrnehmen, vom Sehen über das Hören bis hin zum Tasten, Schmecken und Riechen, ist gut erforscht", sagt der Neurowissenschaftler Richard Baines von der Universität Manchester.

Bis heute ist jedoch unklar, wie so viele Tiere diese unglaublichen Navigationsleistungen vollbringen.

In den 1970er Jahren vermuteten Wissenschaftler, dass dieser Magnetkompass-Sinn mit Radikalpaaren zu tun haben könnte, d. h. mit Molekülen mit ungepaarten Außenelektronen, die ein verschränktes Elektronenpaar bilden, dessen Spins durch das Magnetfeld der Erde verändert werden.

Zweiundzwanzig Jahre später ist der Hauptautor dieser Studie Mitautor einer neuen Arbeit, in der er ein bestimmtes Molekül vorschlägt, in dem die Radikalpaare gebildet werden könnten.

Dieses Molekül - ein Rezeptor in der Netzhaut von Zugvögeln, ein so genanntes Kryptochrom - kann Licht und Magnetismus wahrnehmen und scheint durch Quantenverschränkung zu funktionieren.

Wenn ein Cryptochrom Licht absorbiert, löst die Energie eines seiner Elektronen aus und bringt es dazu, einen von zwei Drehzuständen einzunehmen, die jeweils unterschiedlich vom geomagnetischen Feld der Erde beeinflusst werden.

Kryptochrome gelten seit zwei Jahrzehnten als eine der wichtigsten Erklärungen dafür, wie Tiere Magnetfelder wahrnehmen, doch nun haben Forscher der Universitäten Manchester und Leicester einen weiteren Kandidaten gefunden.

Durch Manipulation der Gene von Fruchtfliegen fand das Team heraus, dass ein Molekül namens Flavin-Adenin-Dinukleotid (FAD), das normalerweise ein radikalisches Paar mit Cryptochromen bildet, tatsächlich ein Magnetorezeptor an und für sich ist.

Dieses Basismolekül kommt in allen Zellen in unterschiedlichen Konzentrationen vor, und je höher die Konzentration ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass es magnetische Empfindlichkeit verleiht, selbst wenn Cryptochrome fehlen.

In Fruchtfliegen beispielsweise erzeugt FAD, wenn es durch Licht angeregt wird, ein radikalisches Elektronenpaar, das auf Magnetfelder reagiert.

Wenn jedoch neben den FADs auch Cryptochrome vorhanden sind, erhöht sich die Empfindlichkeit einer Zelle gegenüber Magnetfeldern.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Cryptochrome für die Magnetrezeption nicht so wichtig sind wie bisher angenommen.

"Eine unserer auffälligsten Entdeckungen, die im Widerspruch zu den bisherigen Erkenntnissen steht, ist die Tatsache, dass Zellen auch dann Magnetfelder 'wahrnehmen', wenn nur ein sehr kleines Fragment von Cryptochrom vorhanden ist", erklärt Adam Bradlaugh, Neurowissenschaftler an der University of Manchester.

"Das zeigt, dass Zellen, zumindest im Labor, Magnetfelder auf andere Weise wahrnehmen können."

Die Entdeckung könnte helfen zu erklären, warum menschliche Zellen im Labor eine Empfindlichkeit gegenüber Magnetfeldern zeigen. Die Form des Cryptochroms, die in den Zellen der Netzhaut unserer Spezies vorkommt, hat sich auf molekularer Ebene als fähig erwiesen, Magnetfelder zu empfangen, wenn sie in Fruchtfliegen exprimiert wurde.

Dies bedeutet jedoch nicht, dass der Mensch diese Funktion nutzt, und es gibt auch keine Beweise dafür, dass Cryptochrom unsere Zellen dazu anleitet, sich im Labor entlang magnetischer Felder auszurichten.

Vielleicht ist FAD der Grund dafür.

Obwohl menschliche Zellen empfindlich auf das Erdmagnetfeld reagieren, haben wir kein bewusstes Gefühl für diese Kraft. Vielleicht liegt das daran, dass wir keine Kryptochrome haben, die uns helfen.

"Diese Studie könnte es uns letztendlich ermöglichen, die Auswirkungen einer Magnetfeldexposition auf den Menschen besser einzuschätzen", sagt der Genbiologe Ezio Rosato von der University of Leicester.

"Da FAD und andere Komponenten dieser molekularen Maschinen in vielen Zellen zu finden sind, könnte dieses neue Verständnis neue Wege in der Forschung eröffnen, um Magnetfelder zu nutzen, um die Aktivierung von Zielgenen zu manipulieren. Dies gilt als heiliger Gral für ein experimentelles Werkzeug und möglicherweise auch für die klinische Anwendung.

Die Studie wurde in Nature veröffentlicht.

Quelle: https://www.sciencealert.com/all-living-cells-could-have-the-molecular-machinery-for-a-sixth-sense

[max: ach echt JETZT...erst schon wieder...ich mag diese schleifen nicht ganz so gerne... und was soll das mit der Maschinerie... eine überaus überholte Begrifflichkeit]

https://liebe-das-ganze.blogspot.com/search?q=Magnetrezeption+

https://liebe-das-ganze.blogspot.com/search?q=Magnetfelder

Experimente zeigen erstmals, dass und wie Magnetfelder auf Körperzellen wirken …auch extrem schwache!

Tokyo (Japan) – Zum ersten Mal ist es Wissenschaftlern gelungen, den biologischen Magnetsinn als unbeeinflusste Zellreaktion auf ein Magnetfeld in Echtzeit zu beobachten und zu dokumentieren. Die Forschenden sprechen von einem wichtigen Schritt für ein Verständnis darüber, wie zahlreiche Tierarten mit Hilfe des Erdmagnetfeldes navigieren. Die Beobachtungen liefern aber auch Erkenntnisse darüber, wie sich selbst schwache elektromagnetische Felder in unserer Umgebung auch auf die menschliche Gesundheit auswirken könnten.

„Es ist schon erstaunlich, wie wir in unseren Experimenten jene Verbindung sichtbar machen können, die sich ergibt, wenn sich zwei individuelle Elektronen sich auf Biologie auswirken“, erläutert Professor Jonathan Woodward von der University of Tokyo, der die Untersuchungen gemeinsam mit seinem Doktoranden Noboru Ikeya durchgeführt und das Ergebnis aktuell im Fachjournal „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America” (PNAS; DOI: 10.1073/pnas.2018043118) veröffentlicht hat.

Hintergrund

– Da Magneten Elektronen an- und abstoßen können, vermuten einige Forschende schon seit den 1970er-Jahren, dass auch das irdische Magnetfeld das Verhalten von Tieren dadurch beeinflussen kann, in dem dieses geomagnetische Feld chemische Reaktionen im Körper beeinflusst. Tatsächlich können Moleküle durch Licht derart angeregt werden, dass sein Elektron von einem auf ein anderes Molekül überspringen kann und so zwei Moleküle mit jeweils einem einzelnen Elektron ein sogenanntes Radikalpaar, erzeugen. Einzelne Elektronen können in nur jeweils einem von zwei möglichen sogenannten Spin- bzw. Rotationszuständen existieren. Haben beide Radikale eines Radikalpaares den gleichen Elektronenspin, so sind die damit verbundenen chemischen Reaktionen eher langsam, während Radikalpaare mit gegenläufigen Elektronenspins zu schnelleren Reaktionen führen können. Magnetische Felder können nun die Rotationszustände und damit auch die mit Radikalpaaren einhergehenden chemischen Reaktionen beeinflussen.

– In den vergangenen 50 Jahren haben Chemiker zahlreiche chemische Reaktionen und spezifische Proteine (sog. Cryptochrome) beschrieben, die in Laborexperimenten sensibel auf Magnetfelder reagieren.

– Biologen haben sogar beobachtet, wie solche Cryptochrome genetische Störungen bei Fruchtfliegen und Kakerlaken hervorrufen können, indem sie die Fähigkeit der Insekten zur Navigation mit Hilfe des irdischen Magnetfeldes ausschalten.

– Andere frühere Studien legen zudem nahe, dass Vögel und andere mittels Magnetsinn navigierende Tiere oft lichtsensibel sind.

Bislang war es Wissenschaftlern und Wissenschaftlerinnen aber noch nicht gelungen, solche chemische Reaktionen im Innern lebender Zellen als direkte Reaktionen auch magnetische Felder zu messen, zu beobachten und abzubilden.

Wie Woodward und Ikeya nun berichten, haben sie Ihre Versuche an menschlichen Gebärmutterhalskrebszellen (sog. HeLa-Zellen) durchgeführt, die oft im Labor verwendet werden. Besonders interessierten sich die Wissenschaftler für die darin beinhalteten Falvin-Moleküle und somit für eine Unterordnung von Cryptochromen die häufig vorkommen, als gut erforscht gelten, dafür bekannt sind natürlich zu fluoreszieren oder Radikalpaare zu erzeugen und in der Biologie als wichtige lichtsensible Moleküle bekannt sind.

„Werden diese Falvine durch licht angeregt, so können die entweder fluoreszieren, also natürlich aufleuchten oder Radikalpaare bilden“, erläutert Woodward. „Dieser Wettbewerb bedeutet, dass die Menge der Fluoreszenz davon abhängt, wie schnell die Radikalpaare reagieren.“ Von ihren Experimenten erhoffte sich das Team um Woodward und Ikeya, biologische Magnetrezeption, also den biologischen Magnetsinn durch Einsatz künstlicher Magnetfelder auf die Zellumgebung (Natufluoreszenz) beobachten zu können.

Zunächst bestrahlten die Forscher die Zellen mit blauem Licht, woraufhin diese für rund 40 Sekunden fluoreszierten. Dann führten sie all vier Sekunden ein Magnetfeld über die Zellen und bestimmten dabei die sich verändernde Stärke der Fluoreszenz.

Eine statistische Auswertung der Messdaten offenbarte dann, dass sich die Fluoreszenz der Zellen unter dem Einfluss des Magnetfeldes um jeweils 3,5% abschwächte (siehe Video). Die Forscher vermuten, dass das blaue Licht die Falvin-Moleküle zur Erzeugung von Radikalpaaren anregt, und das das Magnetfeld weitere Radikalpaare mit den gleichen Elektronenspins hervorrief, auf diese Weise weniger Falvin-Moleküle zur Erzeugung von Licht zur Verfügung standen und deshalb die Fluoreszenz dann wieder zunahm, als das Magnetfeld entfernt wurde.

„In unserem Experiment haben wir den Zellen nichts hinzugefügt oder etwas an ihnen verändert”, unterstreichen Ikeya und Woodward und führen dazu weiter aus: „Wir glauben, dass wir auf diese Weise extrem starke Beweise dafür liefern können, dass wir hier einen rein quantenmechanischen Prozess beobachten, der sich auf chemische Aktivität auf der Zellebene auswirkt.“

Das in den Experimenten verwende Magnetfeld war 25 Millitesla stark, was in etwa der Stärke eines Kühlschrankmagneten entspricht. Das magnetische Feld der Erde hingegen variiert von Ort zu Ort, ist aber durchschnittlich etwa 50 Mikrotesla stark und damit 500-mal schwächer als das in der Studie verwendete Feld.

Woodward stellt aber dennoch fest, dass auch das schwache Erdmagnetfeld immer noch einen biologisch wichtigen Einfluss haben könnte und verweist auf ein als „low field effect“ bezeichnetes Phänomen: „Obwohl starke Magnetfelder den Sprung zwischen den Zuständen von Radikalpaaren erschweren, wenn die beiden Elektronenspins beispielsweise gleich und dann ungleich sind, so können schwache Magnetfelder doch den gegenteiligen Effekt haben und diesen Wechsel im Vergleich dazu erleichtern, als wenn überhaupt kein Magnetfeld wirkt.“

Die beiden Autoren wollen nun die Wirkung auch auf andere Zelltypen und damit die mögliche Rolle der beobachteten Auswirkung auf die Zellgesundheit und -Umgebung untersuchen und dabei auch noch schwächere Magnetfelder (mit denen wir uns durch den unbedachten Einsatz elektronischer Geräte, wie Computer und Mobilfunkgeräte umgeben und auf Grenzwerte vertrauen) und noch genauere Methoden der Zellanalyse einsetzten.

Quelle: University of Tokyo

Quelle: https://www.grenzwissenschaft-aktuell.de/experimente-zeigen-erstmals-dass-und-wie-magnetfelder-auf-koerperzellen-wirken-auch-extrem-schwache20210110/

Vögel können die Magnetfelder der Erde sehen, und jetzt wissen wir, wie das möglich ist. Unglaublich!

Vögel können die Magnetfelder der Erde sehen, und jetzt wissen wir, wie das möglich ist.
Unglaublich!

Das Geheimnis, wie Vögel navigieren, könnte endlich gelöst werden: Es ist nicht das Eisen in ihren Schnäbeln, das einen magnetischen Kompass liefert, sondern ein Protein in ihren Augen, das sie die Magnetfelder der Erde "sehen" lässt.

Diese Ergebnisse stammen aus zwei Studien - eines studiert Rotkehlchen, das andere Zebrafinken.

Das ausgefallene Augenprotein heißt Cry4 und gehört zu einer Klasse von Proteinen namens Kryptochrome - Photorezeptoren, die für blaues Licht empfindlich sind und sowohl in Pflanzen als auch in Tieren vorkommen. Diese Proteine ​​spielen eine Rolle bei der Regulierung der zirkadianen Rhythmen.

In den letzten Jahren gab es auch Belege dafür, dass bei Vögeln die Kryptochrome in ihren Augen für ihre Orientierungsfähigkeit durch die Erkennung von Magnetfeldern verantwortlich sind, etwas, das als Magnetorezeption bezeichnet wird.

Wir wissen, dass Vögel Magnetfelder nur dann wahrnehmen können, wenn bestimmte Wellenlängen des Lichts zur Verfügung stehen - insbesondere haben Studien gezeigt, dass die Magnetrezeption von Vögeln vom blauen Licht abhängig zu sein scheint.

Dies scheint zu bestätigen, dass es sich um einen visuellen Mechanismus handelt, der auf den Kryptochromen basiert, die in der Lage sein könnten, die Felder aufgrund der Quantenkohärenz zu erkennen.

Um weitere Hinweise auf diese Kryptochrome zu finden, machten sich zwei Biologenteams an die Arbeit. Forscher der Universität Lund in Schweden untersuchten Zebrafinken, und Forscher der Carl von Ossietzky Universität Oldenburg in Deutschland untersuchten europäische Rotkehlchen.

Das Lund-Team hat die Genexpression von drei Cryptochromen, Cry1, Cry2 und Cry4, in den Gehirnen, Muskeln und Augen von Zebrafinken gemessen. Ihre Hypothese war, dass die Kryptochrome, die mit der Magnetorezeption assoziiert sind, über den Tag-Nacht-Rhythmus eine konstante Aufnahme aufrechterhalten sollten.

Sie fanden heraus, dass Cry1 und Cry2, wie für zirkadiane Uhrengene erwartet, täglich schwanken - aber Cry4 wurde auf konstantem Niveau exprimiert, was es zum wahrscheinlichsten Kandidaten für Magnetorezeption macht.

Dieser Befund wurde durch die Rotkehlchenstudie gestützt, die das Gleiche fand.

"Wir haben auch festgestellt, dass Cry1a, Cry1b und Cry2 mRNA robuste zirkadiane Schwingungsmuster aufweisen, während Cry4 nur eine schwache zirkadiane Schwingung aufweist", schrieben die Forscher.

Aber sie haben auch noch ein paar andere interessante Funde gemacht. Die erste ist, dass Cry4 in einem Bereich der Netzhaut gebündelt ist, der viel Licht empfängt - was für die lichtabhängige Magnetorezeption sinnvoll ist.

Das andere ist, dass europäische Rotkehlchen die Cry4-Expression während der Migrationssaison im Vergleich zu nicht wandernden Hühnern erhöht haben.

Beide Forschergruppen sagen, dass noch weitere Forschungen erforderlich sind, bevor Cry4 zum Protein erklärt werden kann, das für die Magnetorezeption verantwortlich ist.

Die Beweislage ist stark, aber noch nicht definitiv, und sowohl Cry1 als auch Cry2 wurden auch in den Magnetoempfang einbezogen, der erste bei der Gartengrasmücke und der zweite bei Fruchtfliegen.

Die Beobachtung von Vögeln mit nicht funktionierendem Cry4 könnte helfen, die Rolle zu bestätigen, die es zu spielen scheint, während andere Studien erforderlich sein werden, um die Rolle von Cry1 zu ermitteln.

Also, was sieht ein Vogel eigentlich? Nun, wir können nie wissen, wie die Welt mit den Augen einer anderen Spezies aussieht, aber wir können eine sehr starke Vermutung anstellen.

Nach Angaben von Forschern der Gruppe Theoretische und Computational Biophysics an der University of Illinois in Urbana-Champaign, deren Forscher Klaus Schulten 1978 erstmals magnetorezeptive Kryptochrome voraussagte, könnten sie - wie im Bild oben - einen Magnetfeld "Filter" über dem Sichtfeld des Vogels bereitstellen.

Die Zebrafinkenstudie wurde im Journal of the Royal Society Interface veröffentlicht, und die Robin-Studie wurde in Current Biology veröffentlicht.

[ übersetzt von max und deepL ]

Quelle: http://www.sciencealert.com/birds-see-magnetic-fields-cryptochrome-cry4-photoreceptor-2018