QuantumBirds 프로젝트, 철새의 자기장 감지가 양자역학에 기반한 메커니즘일 가능성 제시
- 작은 철새는 수천 km를 이동하면서도 지구 자기장을 감지해 목적지를 정확히 찾지만, 그 원리는 50여 년간 밝혀지지 않았음
- 이에 프로젝트 연구진은 철새 망막의 크립토크롬-4a(Cryptochrome-4a) 단백질이 자기장을 감지하는 분자 역할을 하는지 검증함
- 빛이 이 단백질에 닿으면 라디칼 쌍(Radical Pair)이라는 일시적인 분자가 생성되는데, 이들은 양자 중첩 상태에서 매우 약한 지구 자기장에도 민감하게 반응함
- 자기장의 방향에 따라 화학반응 결과가 달라지며, 이 정보가 시각계에 전달돼 새가 자기장의 방향을 '볼 수 있는' 양자 나침반 역할을 하는 것으로 연구진은 설명함
자기장 감지 단백질 존재 첫 확인
- 연구진은 유럽울새(European robin)의 크립토크롬-4a가 약한 지구 자기장에 실제로 반응한다는 사실을 세계 최초로 입증함
- 이를 위해 고감도 분광기와 단백질 분석 시스템을 구축하고 40여 종의 단백질 변이를 분석함
- 이후 새의 망막 신경세포에서 자기장 신호를 측정할 수 있는 비자성 (Non-magnetic) 2광자 칼슘 이미징 장비도 세계 최초로 개발함
- 또한 망막 내부가 지속적인 산소 부족 상태에서 작동한다는 사실을 발견해, 그동안 자기장 감지 연구가 어려웠던 이유 역시 추가로 설명해 냄
양자 나침반 최종 검증 진행 중
- 연구진은 현재 탄소-12를 탄소-13 동위원소로 치환하는 실험을 통해 크립토크롬이 실제 자기장 감지의 핵심 분자인지 최종 검증하고 있음
- 컴퓨터 시뮬레이션은 동위원소 치환이 전파 교란 환경에서 철새의 방향 감지 능력을 변화시킬 것으로 예측했으며, 현재 살아있는 철새를 대상으로 이를 검증하는 행동 실험이 진행 중임
- 연구진은 실험 결과가 예상대로 나온다면 철새의 양자 나침반 존재를 결정적으로 입증하는 증거가 될 것으로 기대함
생태보전·차세대 센서 개발에도 활용 기대
- 거기에 더하여, 이번 연구가 기후변화로 서식지를 잃은 철새를 새로운 서식지로 유도하는 생태 보전 기술 개발에 활용될 수 있을 것으로도 내다보고 있음
- 아울러 철새의 자기장 감지 원리는 저비용·무독성 자기장 센서와 GPS 음영지역용 차세대 항법 기술 개발에도 활용될 수 있을 것으로 전망됨
QuantumBirds 프로젝트
- 기간: 2019.04~2026.03
- 예산: 856만 1,588유로 (EU 856만 1,588유로 지원)
- 기관: THE CHANCELLOR, MASTERS AND SCHOLARS OF THE UNIVERSITY OF OXFORD (영국)
