QICTechFACTcheckLoGoWhite-2021.jpg

Quantum Biology (3) - เข็มทิศควอนตัมกับตานก

(บันทึกคอลัมน์เก่าจากนสพ.ไอทีเดลินิวส์เดิม: ๔๗/2014) (https://goo.gl/tTkY6q) ... เจ้าดอกขจร นกขมิ้นเหลืองอ่อน ค่ำแล้วจะนอนไหนเอย เล่านกเอย...”

เป็นเวลามากกว่า 40 ปี แล้วที่นักวิทยาศาสตร์สนใจศึกษาเรื่องที่ว่า นกหาทิศหาทางกลับบ้านกลับถิ่นได้อย่างไร โดยเฉพาะกับนกอพยพย้ายฐานตามฤดู แม้คนในยุคนี้มีทั้งเข็มทิศ ติดระบบดาวเทียมนำทางจีพีเอส (GPS) หรือกางแผนที่กูเกิล (Google Map) ก็ยังหลงตำบล ต่างอำเภอ ผิดจังหวัดได้ แต่นกไม่หลงทาง เอ่...หรือว่านกมีของดีกว่ามนุษย์กระนั้นหรือ ? ผลการศึกษาว่านกอพยพรับรู้สนามแม่เหล็กโลกได้เสมือนมีเข็มทิศธรรมชาติอันเป็นความสามารถที่น่าทึ่งนั้น เรื่องนี้เริ่มขึ้นเมื่อปีค.ศ.1972 (พ.ศ.2515) นักวิทยาศาสตร์สองสามีภรรยาชาวเยอรมันได้รายงานทฤษฏีเข็มทิศในนกอพยพว่า เมื่อจับนกที่กำลังอพยพมาทดสอบความสามารถในการรับรู้ทิศของสนามแม่เหล็กโลก นกพยายามจะโผบินไปในทิศเดียวกันกับเพื่อนๆ ของมัน ต่อมานักวิทยาศาสตร์อีกกลุ่มทำการทดสอบผลของแสงสีต่างๆ ต่อการรับรู้ทิศและพบว่านกจะโดดตามทิศของการอพยพเมื่อใช้แสงสีฟ้าหรือเขียวแต่จะสูญเสียการรับรู้ทิศเมื่อเป็นสีอื่น และความเข้มของแสงก็มีผลยิ่งเข้มมากขึ้นก็จะทำให้นกหลงทิศมากขึ้น … (อืม ...แบบนี้หากมาเจอแสงสีเมืองกรุงก็คงจะยุ่งหลงทางแย่เลย) จากการศึกษาพฤติกรรมของนกช่วงฤดูการอพยพในสภาวะสนามแม่เหล็กโลกต่างๆ กันพบว่านกจะหันหัวเพื่อหาทิศได้จนถูกต้องสัมพันธ์กัน นั่น... จึงเข้าใจกันว่าอวัยวะที่รับรู้ถึงทิศทางน่าจะอยู่ในส่วนหัวของนก ตามมาด้วยหลักฐานทางด้านประสาทวิทยาระบุว่าตานกเป็นอวัยวะที่ใช้รับรู้ทิศของสนามแม่เหล็กโลกได้อีก … พบจนได้ ลึกลงไป แล้วอะไรหนอที่อยู่ในตานกเพื่อการรับรู้ทิศของสนามแม่เหล็กโลก ? หกปีต่อมาคศ.1978 มีกลุ่มนักวิจัยเสนอกลไกของคู่อนุมูล (radical pair mechanism) อันหมายถึงคู่อิเล็กตรอนในโมเลกุลหนึ่งๆ ภายในตานก เมื่อกระตุ้นด้วยแสงแล้วจะส่งอิเล็กตรอนหนึ่งในคู่นั้นไปยังตัวรับที่อยู่ใกล้เคียง จึงเหลือคำถามที่ว่าแล้วทิศสนามแม่เหล็กโลกมันเกี่ยวข้องกับการรับรู้ทิศหรืออิเล็กตรอนคู่นี้ได้อย่างไร ? นั่นไง... โดยธรรมชาติ เมื่อเล็กลง ลึกลง ลงไปสุดทางก็ไปเกี่ยวกับควอนตัมจนได้ มาถูกทิศแล้วก็ไปกันต่อดังนี้

อิเล็กตรอนปกติอยู่ด้วยกันเป็นคู่มีทิศทางการหมุน (spin) ที่ตรงข้ามกัน เมื่ออิเล็กตรอนหนึ่งถูกกระตุ้นออกไปยังตัวรับสถานะการหมุนจะยังคงเชื่อมโยงพัวพัน (entangle) กับคู่ของมันที่ยังอยู่กับโมเลกุลเดิม … แล้วทิศของสนามแม่เหล็กโลกก็มามีผลกับทิศการหมุนของอิเล็กตรอนที่หลุดออกไปนี่เอง การขนานกันหรือเอียงทิศของการหมุนต่อสนามแม่เหล็กโลกก็เหมือนเข็มทิศหมุนทำงานแล้วส่งผลกลับเข้ามาด้านในด้วยสถานะความพัวพันนั่น …เข็มบอกทิศทำงานเข้าแล้ว! นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าทิศการหมุนของคู่อิเล็กตรอนจากทิศของสนามแม่เหล็กโลกนี้นั้น มีผลต่อความเข้มข้นของสารที่น่าจะเป็นสื่อนำในระบบประสาทแล้วส่งข้อมูลสู่สมอง แล้วจึงไปมีผลกับภาพที่นกจะมองเห็น (ดังภาพจำลองที่เขาสร้างกันขึ้นมา) .. นกมันจึงรู้ทิศด้วยการมองเห็นได้ในที่สุด สรุป...จากสนามแม่เหล็กโลก มาสู่คู่อิเล็กตรอนพัวพันหรือมีสถานะควอนตัมกันในตานก สู่การจัดทิศทางแล้วส่งผ่านความเข้มข้นสารสู่สมอง ได้ออกมาเป็นภาพแสงบอกทิศจึงกลับรังกลับบ้านได้แบบนี้ (อืม... หากสังเคราะห์อนุมูลนั้นได้เองแล้วเอาไปติดหมวก แปะแว่น ฝังไม้ค้ำ ทอในรองเท้า อาจได้อุปกรณ์ประยุกต์ช่วยนำทิศแบบใหม่จากธรรมชาติ เป็นไปได้ ? ) ส่วนคนที่ประพฤติเสมือนนกหลงทิศถึงจะติดจีพีเอสตามด้วยแผนที่กูเกิลแถมโปรตีนอนุมูลพิเศษนี้ ทุกเย็นวันศุกร์ต้นเดือนก็มักจะหลงทางบ่อย แม้จะได้เข็มทิศควอนตัมช่วยนำทางก็ยังกลับบ้านไม่ถูกวันยังค่ำ

... เจ้าดอกขจร (นก)ร่อนเร่พเนจร ไม่รู้จะนอนไหนเอย”

(หมายเหตุ: โมเลกุลที่เป็นเจ้าของคู่อนุมูลที่เสนอกันในวงการมีทั้ง FAD (flavin adenine dinucleotide) เป็นตัวช่วยทำงาน (cofactor) ในโปรตีนคริบโตโครม (cryptochrome) พบเนื้อเยื่อเรตินาในตานก ส่วน … ตัวรับก็มีกรดอมิโนทริบโตฟานบางตัวในโปรตีนคริบโตโครมเอง หรือโมเลกุลของออกซิเจน ประมาณนั้น)

FEATURED POSTS

RECENT POSTS