Magnet meredupkan cahaya alami sel manusia, dapat menjelaskan bagaimana hewan bermigrasi


Newswise – Para peneliti di Jepang telah melakukan pengamatan pertama dari magnetoreception biologis – sel hidup yang tidak berubah merespons medan magnet secara real time. Penemuan ini merupakan langkah penting dalam memahami bagaimana hewan dari burung hingga kupu-kupu menavigasi menggunakan medan magnet bumi dan menjawab pertanyaan apakah medan elektromagnetik yang lemah di lingkungan kita dapat mempengaruhi kesehatan manusia.

“Hal yang menggembirakan tentang penelitian ini adalah melihat bahwa hubungan antara putaran dua elektron individu dapat memiliki pengaruh besar pada biologi,” kata Profesor Jonathan Woodward dari Universitas Tokyo, yang melakukan penelitian dengan mahasiswa doktoral Noboru Ikeya. Hasilnya baru-baru ini diterbitkan di Prosiding National Academy of Sciences dari Amerika Serikat (PNAS).

Para peneliti telah menduga sejak tahun 1970-an bahwa karena magnet dapat menarik dan mengusir elektron, medan magnet bumi, juga disebut medan geomagnetik, dapat mempengaruhi perilaku hewan dengan mempengaruhi reaksi kimia. Ketika beberapa molekul tereksitasi oleh cahaya, sebuah elektron dapat melompat dari satu molekul ke molekul lainnya dan membuat dua molekul dengan elektron tunggal, yang dikenal sebagai pasangan radikal. Elektron tunggal dapat berada di salah satu dari dua keadaan spin yang berbeda. Jika dua radikal memiliki spin elektron yang sama, reaksi kimia selanjutnya lambat, sedangkan pasangan radikal dengan spin elektron berlawanan dapat bereaksi lebih cepat. Medan magnet dapat mempengaruhi keadaan spin elektron dan dengan demikian secara langsung mempengaruhi reaksi kimia yang melibatkan pasangan radikal.

Selama 50 tahun terakhir, ahli kimia telah mengidentifikasi berbagai reaksi dan protein spesifik yang disebut cryptochromes yang sensitif terhadap medan magnet di lingkungan tabung reaksi. Ahli biologi bahkan telah mengamati bagaimana gangguan genetik terhadap cryptochromes pada lalat buah dan kecoak dapat menghilangkan kemampuan serangga untuk menavigasi sesuai dengan petunjuk geomagnetik. Penelitian lain menunjukkan bahwa navigasi geomagnetik burung dan hewan lain peka cahaya. Namun, belum ada yang mengukur reaksi kimia di dalam sel hidup yang berubah secara langsung karena medan magnet.

Woodward dan Ikeya bekerja dengan sel HeLa, sel kanker serviks manusia yang biasa digunakan di laboratorium penelitian, dan secara khusus tertarik pada molekul flavinnya.

Flavin adalah subunit dari cryptochromes yang merupakan kelompok molekul yang umum dan dipelajari dengan baik yang secara alami bersinar, atau berpendar, ketika terkena cahaya biru. Mereka adalah molekul penginderaan cahaya penting dalam biologi.

Ketika flavin dieksitasi oleh cahaya, mereka dapat berfluoresensi atau menghasilkan pasangan radikal. Persaingan ini berarti bahwa jumlah fluoresensi flavin tergantung pada seberapa cepat pasangan radikal bereaksi. Tim Universitas Tokyo berharap untuk mengamati magnetoreception biologis dengan memantau autofluoresensi sel sambil menambahkan medan magnet buatan ke lingkungan mereka.

Autofluoresensi umum terjadi dalam sel, jadi untuk mengisolasi autofluoresensi flavin, para peneliti menggunakan laser untuk menyinari cahaya dengan panjang gelombang tertentu ke sel dan kemudian mengukur panjang gelombang cahaya yang dipancarkan sel kembali untuk memastikan bahwa itu sesuai dengan nilai karakteristik autofluoresensi flavin. . Peralatan magnet standar dapat menghasilkan panas, sehingga para peneliti mengambil tindakan pencegahan yang ekstensif dan melakukan pengukuran kontrol menyeluruh untuk memverifikasi bahwa satu-satunya perubahan di lingkungan sel adalah ada atau tidaknya medan magnet.

“Tujuan saya bahkan sebagai mahasiswa doktoral selalu melihat secara langsung efek pasangan radikal ini dalam sistem biologis yang nyata. Saya pikir itulah yang baru saja kami kelola,” kata Woodward.

Sel-sel diiradiasi dengan cahaya biru dan difluoresensi selama sekitar 40 detik. Para peneliti menyapu medan magnet di atas sel setiap empat detik dan mengukur perubahan intensitas fluoresensi. Analisis statistik dari data visual dari percobaan mengungkapkan bahwa fluoresensi sel meredup sekitar 3,5% setiap kali medan magnet menyapu sel.

Para peneliti menduga bahwa cahaya biru merangsang molekul flavin untuk menghasilkan pasangan radikal. Kehadiran medan magnet menyebabkan lebih banyak pasangan radikal memiliki keadaan spin elektron yang sama, yang berarti lebih sedikit molekul flavin yang tersedia untuk memancarkan cahaya. Dengan demikian, fluoresensi flavin sel meredup sampai medan magnet menghilang.

“Kami tidak memodifikasi atau menambahkan apa pun ke sel-sel ini. Kami pikir kami memiliki bukti yang sangat kuat bahwa kami telah mengamati proses mekanis kuantum murni yang mempengaruhi aktivitas kimia pada tingkat sel,” kata Woodward.

Eksperimen laboratorium dan magnetoreception dunia nyata

Medan magnet eksperimental adalah 25 militesla, yang kira-kira setara dengan magnet kulkas biasa. Medan magnet bumi bervariasi berdasarkan lokasi, tetapi diperkirakan sekitar 50 mikrotesla, atau 500 kali lebih lemah dari medan magnet yang digunakan dalam percobaan.

Woodward menyatakan bahwa medan magnet bumi yang sangat lemah masih dapat memiliki pengaruh penting secara biologis karena fenomena yang dikenal sebagai efek medan rendah. Meskipun medan magnet yang kuat menyulitkan pasangan radikal untuk beralih di antara keadaan di mana dua elektron berputar sama dan keadaan di mana mereka berbeda, medan magnet lemah dapat memiliki efek sebaliknya dan membuat peralihan lebih mudah daripada jika tidak ada magnet. bidang.

Para penulis sekarang menyelidiki efek pada jenis sel lain, peran potensial dari kesehatan sel dan lingkungan, dan menguji calon reseptor magnetik, termasuk kriptokrom langsung di dalam sel. Menginterpretasikan setiap potensi signifikansi lingkungan atau fisiologis dari hasil akan membutuhkan pengembangan peralatan yang lebih terspesialisasi dan sangat sensitif untuk bekerja dengan medan magnet yang jauh lebih lemah dan analisis seluler yang lebih rinci untuk menghubungkan respons sensitif medan magnet ke jalur sinyal spesifik atau konsekuensi lain di dalam sel.

###

Tentang Universitas Tokyo

University of Tokyo adalah universitas terkemuka di Jepang dan salah satu universitas riset top dunia. Hasil penelitian yang luas dari sekitar 6.000 peneliti diterbitkan di jurnal top dunia di bidang seni dan sains. Kelompok mahasiswa kami yang bersemangat terdiri dari sekitar 15.000 mahasiswa sarjana dan 15.000 mahasiswa pascasarjana mencakup lebih dari 4.000 mahasiswa internasional. Cari tahu lebih lanjut di http: // www.u-tokyo.ac.jp /di/ atau ikuti kami di Twitter di @Utokyoewsen.

Pemberi dana

Hibah JSPS KAKENHI (Nomor hibah 17H03005 dan 20H02687)


Diposting Oleh : https://singaporeprize.co/

About the author