Na het laatste boek The Demon in the Machine van Paul Davies gelezen te hebben1, is mijn interesse opnieuw uitgegaan naar hoe ver het nu is met de kwantumbiologie. Eerder op dit blog, meer dan 7 jaar geleden, wijdde ik vier berichten aan het prachtige boek van Werner R. Loewenstein Physics in Mind2. Na de blogberichten 3, 4, 5, 6, opnieuw doorgelezen te hebben, zijn mij meer dingen duidelijk geworden, ook dankzij de commentaren waaronder die van Gert Korthof, Harry Pinxteren en Kees Jaspers.
Het boek van Paul Davies The Demon in the Machine wordt vooral interessant vanaf hoofdstuk 5 (p.144). Daar beginnen we te zien hoe de deeltjesfysica verbonden is met biologie, levende organismen, cellen en moleculen via de kwantumwereld.
Zoals Davies duidelijk uitlegt is er in de kwantumwereld van alles mogelijk, zoals kwantums die plotseling, zonder aanwijsbare reden, van richting veranderen of terugkaatsen, of aan de andere kant van een ‘muur’ belanden. Allemaal fenomenen waar we raar van zouden opkijken als ze in onze dagelijkse macro-wereld zouden plaatsvinden, maar die zich voortdurend afspelen op subatomair en moleculair niveau. Andere kwantum effecten waar geen equivalent voor bestaat in onze macro-wereld zijn bijvoorbeeld elektronen die op twee plaatsen tegelijk lijken te zijn. Het elektron deelt zich echter niet op en elk experiment dat het elektron probeert te lokaliseren zal het altijd op de ene of op de andere plaats terugvinden. Maar zolang deze lokalisatie niet plaatsvindt zijn er natuurkundige effecten die volgen uit deze onbepaalde positie. Er zijn paren fotonen die op meters afstand spontaan hun activiteit coordineren en moleculen die tegelijkertijd zowel met als tegen de klok indraaien.
Het hart van de kwantummechanica is de dualiteit van golf en deeltje. Beide aspecten kunnen aangetoond worden, maar nooit tegelijk. Worden er door twee deeltjes golven veroorzaakt die elkaar versterken, dan spreekt men van coherentie. Bestaat er daarentegen een wirwar aan golven die elkaar niet kunnen versterken dan gaat het om decoherentie. Veel van de bovengenoemde vreemde kwantumeffecten komen voort uit coherentie van golven. Worden de golven verstoord dan verdwijnt de coherentie. Onder condities zoals die in biologische systemen doet zich snel decoherentie voor door het onophoudelijke thermisch bombardement van watermoleculen. Toch schijnen er situaties voor te komen waarbij er abnormaal langzame decoherentie bestaat onder speciale omstandigheden.
Zoals je zou kunnen verwachten heeft evolutie ook van dit fenomeen gebruik gemaakt om processen als overdracht van informatie te verbeteren en te versnellen. Loewenstein beschreef al in zijn boek uit 2013, dat de rodopsinen in ons oog gebruik maken van coherentie waarbij kwantummechanica het toelaat parallelle computing te bewerkstelligen en daarbij binnen 200 femtoseconden gelijktijdig enorme pakketten informatie over te dragen van de retina naar de achterliggende hersenkwabben. In het zenuwstelsel is reeds sprake van een uiterst snelle overdracht van signalen op macroniveau (macromoleculair niveau), door neurotransmitters en voltage-dependent kanalen. Daar zou de transmissie van informatie via kwantummechanica nog eens bijkomen die enorme hoeveelheden zintuiglijke prikkels in parallel, dus in één keer, kan doorgeven aan het centrale zenuwstelsel. Dit laatste is vooralsnog een hypothese en is nog niet definitief aangetoond vanwege de overmaat aan thermische ‘ruis’ die decoherentie veroorzaakt.
Paul Davies’ boek is uit 2019 en beschrijft dit soort kwantum fenomenen in fotosynthese, het reukorgaan en de ‘cryptochromen’ van het netvlies van migrerende vogels.
In fotosynthese (bij groene zwavelbacteriën) wordt er als gevolg van het vangen van een foton met de juiste golflengte een ‘exciton’ gecreëerd. Dit geëxciteerde electron maakt gebruik van de mogelijkheid van quantumdeeltjes om op meer dan twee plaatsen tegelijk te zijn. Het neemt daarbij allerlei denkbare routes naar het reactiecentrum, iets dat mogelijk is omdat het zich ook als golf voortbeweegt. Dit gebeurt gedurende een interval waarin er coherentie heerst. Het gemeten interval is 200 femtoseconden. Gek genoeg geven recente studies aan dat een lichte thermische ‘ruis’ bevorderlijk kan zijn voor de efficiëntie van transmissie van energie.
Bij de migratie van vogels is het de ‘intrinsieke spin’ van de elektronen die ervoor zorgt dat elk elektron een klein kompas is dat het aardse magnetische veld ‘voelt’. Dit kan gebeuren wanneer een atoom een foton absorbeert en daarmee een elektron van zijn orbit verplaatst wordt. Dat elektron wordt dan gevoeliger voor het aardse magnetische veld. Het oog van vogels wordt voortdurend door fotonen geraakt, dat is nu eenmaal hoe ogen werken (fotonen van de juiste golflengte laten ons kleuren zien). Maar hoe ‘voelt’ de vogel waar het magnetisch veld is? Dit wordt mogelijk gemaakt door ‘cryptochromen’. In deze proteïnen van het netvlies wordt een elektron verplaatst door een invallend foton, maar ten opzichte van een tweede elektron, dat in het cryptochrome achterblijft en waarmee het eerste entangled is, wordt het ‘losse’ elektron door het aardse magnetische veld scheefgetrokken ten opzichte van het achterblijvende entangled elektron. De vrije positieve radicalen die zo gecreëerd worden reageren met elkaar of vormen neurotransmitters die een signaal vormen naar de hersenen van de vogel.
Fig. 2 Quantum birds: Shedding light on the mechanism of magnetic sensing in birds
In het geval van het reukorgaan, is er sprake van kwantumtunneling waarbij vibratie een energie kwantum produceert, een phonon – een kwantum van geluid – dat extra dimensies verleent aan het simpele model van docking van geurmoleculen op geurreceptoren. Daarmee is het mogelijk het enorme scala aan geuren, maar ook de gelijkenis van verschillende geuren te verklaren.
Kwantum mechanica heeft alles te maken met coherentie die verstoord wordt door de thermische ‘ruis’. Maar de chaos en de ruis worden ook door het leven uitgebuit met biologische demons. Niet alle ruis is hetzelfde; er bestaat ook ruis die kwantumprocessen juist stimuleert.
Werner Loewenstein denkt dat er veel biologische systemen zijn die gebaseerd zijn op kwantummechanica. Hij eindigt ermee dat we met onze digitale wereld verkeerdom bezig zijn. Kwantumcomputing is zoveel zuiniger en efficiënter vergeleken met digitale computing, dat hij er van overtuigd is dat de evolutie van leven er ruim gebruik van heeft gemaakt. Precies omdat ‘Lady Evolution’ altijd de zuinigste, meeste economische, weg kiest.
Paul Davies – The Demon in the Machine – How hidden webs of information are solving the mystery of life – ALAN LANE Penguin Random House UK – 2019
Werner R. Loewenstein – Physics in Mind – A Quantum View of the Brain – Basic Books, Perseus Books Group, New York – 2013
Vier oudere berichten op dit blog die het boek van Loewenstein bespreken
Beste Rob IJsselstein, hartelijk dank voor je reactie. Er is waarschijnlijk erg veel gaande, maar tussen 2013 en 2019 lijkt er toch niet veel gebeurd te zijn.
Pas in 2021 is de cryptochroom 4 geisoleerd en bestudeerd. De proteïne schijnt inderdaad van essentieel belang te zijn voor het ‘zien’ van het aardse magnetische veld door vogels. Maar, zolang er niet is aangetoond dat vogels werkelijk dit systeem gebruiken om te navigeren, kan het niet met zekerheid gezegd worden dat zij het magnetisch veld ‘zien’.
Een interessant filmpje van Nature, waarin de onderzoekers zelf aan het woord komen, legt het uit:
Marleen,
Allereerst: blij met deze post op je blog. Je blogt te weinig, zou ik zeggen.
Richard Feynman zei, over quantum mechanics: niemand die het echt begrijpt. En Sean Carroll geeft hem gelijk.
Ik ben daarmee blij, want ik kijk een beetje sceptisch naar die golf-deeltje-dualiteit. Ik zei vroeger wel: chaos is orde die we (nog) niet begrijpen.
Ik heb recent een lezing van Sean Carroll hierover gevolgd, en hij vindt ook dat de wetenschap een ambivalente houding heeft tegenover dit deel van de fysische (beschrijving van de) werkelijkheid. Wel, als Feynman en Sean Carroll vinden dat fysici het quantum monster niet kunnen temmen, wat moet ik dan denken van biologen?
Dus, ik vraag mij af: is het, even als bij de quantum computer – waarover ook veel gepraat wordt, én ik ben voorzichtig maar op mijn lippen ligt: veel geschreeuw en weinig wol – misschien een modieuze manier van biologen om hun vakgebied interessanter te maken door quantum-sprongen er bij te halen?
Ik bedoel: we hebben zwaartekracht en quantum-sprongen als fysische manifestaties, maar niemand heeft het over zwaartekrachtbiologie. Waarom zouden we dan wel quantumbiologie onderscheiden?
De vragen over kwantumbiologie zijn al sinds 1930 gesteld. Maar omdat zowel de biologen met de ontdekkingen van het DNA en de genetica als de fysici met de ontdekkingen van alles wat er zich in het heelal afspeelt erg met zichzelf bezig waren, is er nooit gezocht naar een brug tussen de twee disciplines.
Het lijkt mij persoonlijk prachtig als aangetoond kan worden dat kwantummechanica een grote rol speelt in (de evolutie van) het leven, de non-triviale kwantummechanica dan, zoals tunneling en entanglement. Het zou betekenen dat deze fenomenen zich voor kunnen doen bij kamertemperatuur en hoger, wanneer er teveel thermische ‘ruis’ zou zijn om dit mogelijk te maken.
Het zou betekenen dat deze fenomenen en de condities waaronder ze zich voordoen, nagebootst kunnen worden, waardoor ook onze computers en fotocellen efficiënter en minder energieverslindend zouden zijn. We hebben dan wellicht geen kernenergie of zelfs kernfusie nodig.
Met kwantummechanica kunnen bepaalde biologische processen verklaard worden, waar anders geen verklaring voor zou zijn. De verklaringen kunnen gemeten worden en zijn dus reëel.
Het is dus zeker geen modieus dingetje.
Dat Feynmann en Sean Carroll moeite hadden het kwantum monster te temmen lijkt me niet waar. Misschien is de wetenschap inmiddels iets opgeschoten met haar onderzoek naar kwantummechanische fenomenen en begrijpt men beter wat er gebeurt op subatomair niveau, waar kennelijk andere regels gelden dan in de macro-wereld.
Een interessante video waarin kwantumbiologie uitgelegd wordt door Jim Al-Khalili
Marleen, jij durft! wat een moeilijk onderwerp durf je hier aan te snijden! Ik moet bekennen dat kwantum dingen absoluut boven mijn pet gaan. Complimenten dus dat je daar over blogt! Ik ben zeker voor samenwerking tussen fysici en biologen. Dat kan zeker nuttig zijn en nieuwe inzichten opleveren. Het lijkt me typisch iets voor een fysicus die in biologie is geïnteresseerd zoals Rolie Barth!
Dankjewel voor je complimenten. Ik durf erover te bloggen omdat ik drie boeken gelezen heb over dit onderwerp. Behalve de twee in de referenties van Paul Davies en Loewenstein, beiden fysici, las ik ook Life’s Ratchet van Hoffmann en als er iets niet zou kloppen dan hoor ik het graag. Mocht er commentaar komen van een biofysicus die twijfel heeft bij het blog, dan sta ik daar zeker voor open.
Op de voorgaande blogberichten van enige tijd geleden, waar ik naar verwijs, kreeg ik zeer verhelderend commentaar. Na de passages afgelopen maanden nog eens beter gelezen te hebben samen met het commentaar, durfde ik het wel aan.
Ik zou jou ook willen complimenteren met de blogs over coronavirussen. Zeer verhelderend en zeker niet eenvoudig. Sinds een week of misschien meer, komt Nature elke dag met nieuwe artikelen over Covid. Lastig om bij te houden.
Je blogbericht over mensen met een verzwakt immuunsysteem die als ‘incubator’ zouden kunnen dienen voor het coronavirus, dat daar vrij spel heeft, reproduceert en muteert, herinner ik mij nog goed.
Terug naar biofysica, Rolie Barth zou inderdaad geïnteresseerd kunnen zijn in dit onderwerp. Misschien neem ik wel eens contact met hem op.
Gert, bedankt voor de tip om de blog van Marleen te lezen.
En Marleen, ik heb het betreffende hoofdstuk van Paul Davies’ boek gelezen en zal er in de loop van de week op terugkomen.
Het zijn heel boeiende onderwerpen die je hierboven bespreekt.
Leuk dat u hetzelfde boek gelezen hebt. Ik moet erbij zeggen dat ik de gegevens aangevuld heb met wat ik weet uit het boek Physics in Mind Van Richard Loewenstein, dus het komt niet per se precies overeen met wat Davies schrijft.
Marleen, je schrijft over migratie van vogels. Ik zie (en hoor!) vaak ganzen overtrekken. Overdag zichtbaar als V-vormige groepen. Soms lijken ze het oneens over de te volgen richting, dan hoor je extra geroep. ’s nachts hoor ik alleen hun typische roep. Magisch is dat. Dan vraag ik me altijd af: waarom vliegen ze ’s nachts? Hoe kunnen ze hun weg vinden? Waar gaan ze naar toe? Waarom slapen ze niet gewoon?
Dat is mooi om te horen, de overtrekkende ganzen. Ik heb het ook gehoord maar ik weet niet meer precies wanneer. Ze trekken ook wel overdag inderdaad. Als ik het goed begrepen heb is dit nachtelijke gedrag vooral geobserveerd bij de passeriformes, roodborstjes, vinken ecc. zangvogels.
Het schijnt dat het mechanisme van entanglement dat de gevoeligheid voor het aardse magnetische veld bepaalt, fotonen vangt van de sterren en andere hemellichamen. Dat las ik terloops in een artikel, maar het was geen onderzoeksresultaat. Het verbaasde mij inderdaad dat wanneer een navigatiesysteem van fotonen afhangt dat daar dan ‘s nachts mee gevlogen wordt.
A migrating bird, flapping through the night sky, glances up at the stars. A photon, having left one of those stars millions or even billions of years earlier, enters the bird’s eye and strikes a molecule of a form of cryptochrome, almost certainly a specific variant known as cryptochrome 1a, or Cry1a.
This encounter takes place in the retina, probably within a set of specialised vision cells known as double-cones, whose function had heretofore been a mystery. The photon knocks free one of the Cry1a’s electrons, kicking that electron into a neighbouring Cry1a; because they now each have an odd number of electrons, the two molecules are known as a radical pair, and are linked – entangled, in the jargon of quantum mechanics.
Hoi Marleen, dank voor je antwoord. Het zou ook goed kunnen dat deze ganzen dagelijks tussen slaapplaatsen en foerageergebieden heen en weer vliegen. En dan zijn het korte afstand vluchten. In Nederland is het landschap erg versnipperd, en goede foerageergebieden en slaapplaatsen stellen verschillende eisen. Wat geschikt is voor foerageren is niet perse geschikt voor veilige overnachting. Als ze s nachts van sterlicht gebruik maken dan is dat toch wat anders dan het aardmagnetisch veld?
De eerste, de vogels oriënteren zich ‘s nachts volgens de sterren, de melkweg en wellicht andere ‘vaste’ oriëntatiepunten en misschien overdag ook met behulp van de positie van de zon.
De tweede, de vogels hebben cryptochromen in hun netvlies. Zodra daar fotonen (van de sterren of van de zon) op vallen zijn er elektronen in de cryptochromen die zich verplaatsen, sommige van deze zijn entangled met een ander elektron dat in het cryptochroom blijft zitten. Deze twee entangled elektronen raken daardoor uit balans en er ontstaat een vrije radicaal in het cryptochroom. Die combineren op hun beurt weer met andere vrij radicalen waarbij neurotransmitters ontstaan die het signaal doorgeven naar de hersenen. De verschillen, de frictie, van de twee spins van de twee entangled elektronen staat in verhouding tot de hoek waaronder de cryptochromen tot het aardmagnetisch veld staan. In het kort: de fotonen van het sterren- of zonlicht geven de energie aan een elektron van het cryptochroom dat daardoor gevoelig wordt voor het magnetisch veld. Aangezien dit zich in de ogen van de vogels afspeelt kun je stellen dat ze het aardmagnetisch veld ‘zien’. De fotonen die het oog binnenvallen zouden dus zowel dienen voor het waarnemen van de verschillende golflengten van het zichtbare licht als voor het waarnemen van het magnetisch veld.
Veel van wat ik hier schrijf komt uit het boek van Paul Davies. Er zit niet veel beweging in de onderzoeken, waarschijnlijk ook omdat de kwantummechanica moeilijk te meten is.
Als je eens tijd over hebt zou je kunnen luisteren naar de lezingen van Sean Carroll en Carlo Rovelli op YouTube. Zeer verhelderend. Wat wel duidelijk is, is dat deze fysici nu eens echt willen uitzoeken wat dat ‘mysterie’ van de kwantumwereld nu eigenlijk is. Ik ben benieuwd.
Marleen, dank voor de geduldige en duidelijke uitleg. Waarneming van licht en magnetisch veld zijn dus gekoppeld begrijp ik. Dan kunnen trekvogels s nachts met bewolkte lucht zich dus niet of heel slecht oriënteren?
Je zou inderdaad moeten concluderen dat trekvogels zich slecht of niet oriënteren bij bewolking.
Een foton is overigens of voor het zicht bestemd, of voor het ‘zien’ van het magnetisch veld, niet allebei. Deze verschillende manieren van waarnemen staan dus eigenlijk los van elkaar, behalve dat ze allebei afhankelijk zijn van fotonen die op het netvlies vallen.
Elk levend organisme is tegelijkertijd een fossiel. Het draagt tot in de microscopische structuur van zijn proteïnen, de sporen, zoniet de stigma’s van zijn voorouders. Jacques Monod: Toeval en onvermijdelijkheid
The poetry of Science
Twee uitblinkende wetenschappers van vandaag, Richard Dawkins (evolutiebioloog) en Neil deGrasse Tyson (astrofysicus), praten over de schoonheid van de wetenschap. Dit gesprek werd opgenomen aan de Howard University van Washington DC, 28 september 2010. Deze conversatie is zo ontspannen dat ze zo plaats gehad zou kunnen hebben voor een haardvuur, ook zonder publiek. Over waarom de wetenschap niet alleen een optie is, maar de enige werkelijkheid is die we bezitten. Het filmpje duurt ongeveer een uur, daarna zijn er vragen van het publiek.
Why Evolution is True is a blog written by Jerry Coyne, centered on evolution and biology but also dealing with diverse topics like politics, culture, and cats.
Op zoek naar de klepel 
Dank. Vanuit mijn achtergrond als fysicus is een deel van je verhaal heel logisch, maar er lijkt heel interessant onderzoek gedaan te worden.
Fijne jaarwisseling
Rob IJsselstein
06 18521619
>
Beste Rob IJsselstein, hartelijk dank voor je reactie. Er is waarschijnlijk erg veel gaande, maar tussen 2013 en 2019 lijkt er toch niet veel gebeurd te zijn.
Pas in 2021 is de cryptochroom 4 geisoleerd en bestudeerd. De proteïne schijnt inderdaad van essentieel belang te zijn voor het ‘zien’ van het aardse magnetische veld door vogels. Maar, zolang er niet is aangetoond dat vogels werkelijk dit systeem gebruiken om te navigeren, kan het niet met zekerheid gezegd worden dat zij het magnetisch veld ‘zien’.
Een interessant filmpje van Nature, waarin de onderzoekers zelf aan het woord komen, legt het uit:
https://www.quantumbirds.eu
Een gelukkig Nieuwjaar alvast
Marleen,
Allereerst: blij met deze post op je blog. Je blogt te weinig, zou ik zeggen.
Richard Feynman zei, over quantum mechanics: niemand die het echt begrijpt. En Sean Carroll geeft hem gelijk.
Ik ben daarmee blij, want ik kijk een beetje sceptisch naar die golf-deeltje-dualiteit. Ik zei vroeger wel: chaos is orde die we (nog) niet begrijpen.
Ik heb recent een lezing van Sean Carroll hierover gevolgd, en hij vindt ook dat de wetenschap een ambivalente houding heeft tegenover dit deel van de fysische (beschrijving van de) werkelijkheid. Wel, als Feynman en Sean Carroll vinden dat fysici het quantum monster niet kunnen temmen, wat moet ik dan denken van biologen?
Dus, ik vraag mij af: is het, even als bij de quantum computer – waarover ook veel gepraat wordt, én ik ben voorzichtig maar op mijn lippen ligt: veel geschreeuw en weinig wol – misschien een modieuze manier van biologen om hun vakgebied interessanter te maken door quantum-sprongen er bij te halen?
Ik bedoel: we hebben zwaartekracht en quantum-sprongen als fysische manifestaties, maar niemand heeft het over zwaartekrachtbiologie. Waarom zouden we dan wel quantumbiologie onderscheiden?
Leonardo,
De vragen over kwantumbiologie zijn al sinds 1930 gesteld. Maar omdat zowel de biologen met de ontdekkingen van het DNA en de genetica als de fysici met de ontdekkingen van alles wat er zich in het heelal afspeelt erg met zichzelf bezig waren, is er nooit gezocht naar een brug tussen de twee disciplines.
Het lijkt mij persoonlijk prachtig als aangetoond kan worden dat kwantummechanica een grote rol speelt in (de evolutie van) het leven, de non-triviale kwantummechanica dan, zoals tunneling en entanglement. Het zou betekenen dat deze fenomenen zich voor kunnen doen bij kamertemperatuur en hoger, wanneer er teveel thermische ‘ruis’ zou zijn om dit mogelijk te maken.
Het zou betekenen dat deze fenomenen en de condities waaronder ze zich voordoen, nagebootst kunnen worden, waardoor ook onze computers en fotocellen efficiënter en minder energieverslindend zouden zijn. We hebben dan wellicht geen kernenergie of zelfs kernfusie nodig.
Met kwantummechanica kunnen bepaalde biologische processen verklaard worden, waar anders geen verklaring voor zou zijn. De verklaringen kunnen gemeten worden en zijn dus reëel.
Het is dus zeker geen modieus dingetje.
Dat Feynmann en Sean Carroll moeite hadden het kwantum monster te temmen lijkt me niet waar. Misschien is de wetenschap inmiddels iets opgeschoten met haar onderzoek naar kwantummechanische fenomenen en begrijpt men beter wat er gebeurt op subatomair niveau, waar kennelijk andere regels gelden dan in de macro-wereld.
Een interessante video waarin kwantumbiologie uitgelegd wordt door Jim Al-Khalili
Marleen, jij durft! wat een moeilijk onderwerp durf je hier aan te snijden! Ik moet bekennen dat kwantum dingen absoluut boven mijn pet gaan. Complimenten dus dat je daar over blogt! Ik ben zeker voor samenwerking tussen fysici en biologen. Dat kan zeker nuttig zijn en nieuwe inzichten opleveren. Het lijkt me typisch iets voor een fysicus die in biologie is geïnteresseerd zoals Rolie Barth!
Beste Gert, gelukkig Nieuwjaar!
Dankjewel voor je complimenten. Ik durf erover te bloggen omdat ik drie boeken gelezen heb over dit onderwerp. Behalve de twee in de referenties van Paul Davies en Loewenstein, beiden fysici, las ik ook Life’s Ratchet van Hoffmann en als er iets niet zou kloppen dan hoor ik het graag. Mocht er commentaar komen van een biofysicus die twijfel heeft bij het blog, dan sta ik daar zeker voor open.
Op de voorgaande blogberichten van enige tijd geleden, waar ik naar verwijs, kreeg ik zeer verhelderend commentaar. Na de passages afgelopen maanden nog eens beter gelezen te hebben samen met het commentaar, durfde ik het wel aan.
Ik zou jou ook willen complimenteren met de blogs over coronavirussen. Zeer verhelderend en zeker niet eenvoudig. Sinds een week of misschien meer, komt Nature elke dag met nieuwe artikelen over Covid. Lastig om bij te houden.
Je blogbericht over mensen met een verzwakt immuunsysteem die als ‘incubator’ zouden kunnen dienen voor het coronavirus, dat daar vrij spel heeft, reproduceert en muteert, herinner ik mij nog goed.
Terug naar biofysica, Rolie Barth zou inderdaad geïnteresseerd kunnen zijn in dit onderwerp. Misschien neem ik wel eens contact met hem op.
Gert, bedankt voor de tip om de blog van Marleen te lezen.
En Marleen, ik heb het betreffende hoofdstuk van Paul Davies’ boek gelezen en zal er in de loop van de week op terugkomen.
Het zijn heel boeiende onderwerpen die je hierboven bespreekt.
Rolie Barth,
Leuk dat u hetzelfde boek gelezen hebt. Ik moet erbij zeggen dat ik de gegevens aangevuld heb met wat ik weet uit het boek Physics in Mind Van Richard Loewenstein, dus het komt niet per se precies overeen met wat Davies schrijft.
Marleen, je schrijft over migratie van vogels. Ik zie (en hoor!) vaak ganzen overtrekken. Overdag zichtbaar als V-vormige groepen. Soms lijken ze het oneens over de te volgen richting, dan hoor je extra geroep. ’s nachts hoor ik alleen hun typische roep. Magisch is dat. Dan vraag ik me altijd af: waarom vliegen ze ’s nachts? Hoe kunnen ze hun weg vinden? Waar gaan ze naar toe? Waarom slapen ze niet gewoon?
Gert,
Dat is mooi om te horen, de overtrekkende ganzen. Ik heb het ook gehoord maar ik weet niet meer precies wanneer. Ze trekken ook wel overdag inderdaad. Als ik het goed begrepen heb is dit nachtelijke gedrag vooral geobserveerd bij de passeriformes, roodborstjes, vinken ecc. zangvogels.
Het schijnt dat het mechanisme van entanglement dat de gevoeligheid voor het aardse magnetische veld bepaalt, fotonen vangt van de sterren en andere hemellichamen. Dat las ik terloops in een artikel, maar het was geen onderzoeksresultaat. Het verbaasde mij inderdaad dat wanneer een navigatiesysteem van fotonen afhangt dat daar dan ‘s nachts mee gevlogen wordt.
A migrating bird, flapping through the night sky, glances up at the stars. A photon, having left one of those stars millions or even billions of years earlier, enters the bird’s eye and strikes a molecule of a form of cryptochrome, almost certainly a specific variant known as cryptochrome 1a, or Cry1a.
This encounter takes place in the retina, probably within a set of specialised vision cells known as double-cones, whose function had heretofore been a mystery. The photon knocks free one of the Cry1a’s electrons, kicking that electron into a neighbouring Cry1a; because they now each have an odd number of electrons, the two molecules are known as a radical pair, and are linked – entangled, in the jargon of quantum mechanics.
https://www.sciencefocus.com/nature/the-bizarre-link-between-bird-migration-and-quantum-physics/
Er zou ‘s nachts minder risico zijn op roofvogels. Overdag eten ze, dus tijdens de trek slapen ze eigenlijk nooit.
Hoi Marleen, dank voor je antwoord. Het zou ook goed kunnen dat deze ganzen dagelijks tussen slaapplaatsen en foerageergebieden heen en weer vliegen. En dan zijn het korte afstand vluchten. In Nederland is het landschap erg versnipperd, en goede foerageergebieden en slaapplaatsen stellen verschillende eisen. Wat geschikt is voor foerageren is niet perse geschikt voor veilige overnachting. Als ze s nachts van sterlicht gebruik maken dan is dat toch wat anders dan het aardmagnetisch veld?
Gert,
Er zijn verschillende oriëntatie mogelijkheden.
De eerste, de vogels oriënteren zich ‘s nachts volgens de sterren, de melkweg en wellicht andere ‘vaste’ oriëntatiepunten en misschien overdag ook met behulp van de positie van de zon.
De tweede, de vogels hebben cryptochromen in hun netvlies. Zodra daar fotonen (van de sterren of van de zon) op vallen zijn er elektronen in de cryptochromen die zich verplaatsen, sommige van deze zijn entangled met een ander elektron dat in het cryptochroom blijft zitten. Deze twee entangled elektronen raken daardoor uit balans en er ontstaat een vrije radicaal in het cryptochroom. Die combineren op hun beurt weer met andere vrij radicalen waarbij neurotransmitters ontstaan die het signaal doorgeven naar de hersenen. De verschillen, de frictie, van de twee spins van de twee entangled elektronen staat in verhouding tot de hoek waaronder de cryptochromen tot het aardmagnetisch veld staan. In het kort: de fotonen van het sterren- of zonlicht geven de energie aan een elektron van het cryptochroom dat daardoor gevoelig wordt voor het magnetisch veld. Aangezien dit zich in de ogen van de vogels afspeelt kun je stellen dat ze het aardmagnetisch veld ‘zien’. De fotonen die het oog binnenvallen zouden dus zowel dienen voor het waarnemen van de verschillende golflengten van het zichtbare licht als voor het waarnemen van het magnetisch veld.
Veel van wat ik hier schrijf komt uit het boek van Paul Davies. Er zit niet veel beweging in de onderzoeken, waarschijnlijk ook omdat de kwantummechanica moeilijk te meten is.
Als je eens tijd over hebt zou je kunnen luisteren naar de lezingen van Sean Carroll en Carlo Rovelli op YouTube. Zeer verhelderend. Wat wel duidelijk is, is dat deze fysici nu eens echt willen uitzoeken wat dat ‘mysterie’ van de kwantumwereld nu eigenlijk is. Ik ben benieuwd.
Marleen, dank voor de geduldige en duidelijke uitleg. Waarneming van licht en magnetisch veld zijn dus gekoppeld begrijp ik. Dan kunnen trekvogels s nachts met bewolkte lucht zich dus niet of heel slecht oriënteren?
Gert,
Je zou inderdaad moeten concluderen dat trekvogels zich slecht of niet oriënteren bij bewolking.
Een foton is overigens of voor het zicht bestemd, of voor het ‘zien’ van het magnetisch veld, niet allebei. Deze verschillende manieren van waarnemen staan dus eigenlijk los van elkaar, behalve dat ze allebei afhankelijk zijn van fotonen die op het netvlies vallen.