Czy zwierzęta widzą fale radiowe?

Od tego pytania właśnie zaczęło się poważne myślenie na temat tego bloga. Teraz to pytanie pojawiło się na naszym Patronite – razem z wyrażoną w komentarzu obawą czy odpowiedzią nie będzie „Gratulacje, wymyśliłeś radioteleskop”. Czas wziąć to pytanie na tapet. No więc pozwól, że wyjaśnię: czy zwierzęta widzą fale radiowe?

No więc: gratulacje, wymyśliłeś radioteleskop. Nie, zwierzęta nie widzą i nie są w stanie widzieć fal radiowych. To była krótka i prosta odpowiedź, dziękuję za uwagę.

Dlaczego zwierzęta nie widzą fal radiowych?

Co to? A, krzyczą na mnie, że odpowiedziałem, ale nie wyjaśniłem. No więc dobrze, zabieram się za wyjaśnianie. Zacznijmy od tego, dlaczego w ogóle cokolwiek widzimy? Tu musimy wyjść poza biologię, a nawet chemię, i przejść do fizyki. Światło to jednocześnie fala elektromagnetyczna i strumień cząstek – fotonów. Każdy z fotonów niesie ze sobą określoną energię. Ta jest wprost powiązana z długością fali, a co za tym idzie – z tym, co odbieramy jako kolor światła. I od razu dla przypomnienia: to, co określamy mianem światła widzialnego, nie ma jakichś magicznych właściwości. Po prostu tak się złożyło, że widzimy fale o określonym zakresie długości, a innych nie, dlatego też ten zakres nazwalibyśmy światłem widzialnym. Gdyby cywilizację i naukę wykształciły inne zwierzęta, mogłyby światłem widzialnym określić inny zakres długości fal.

Zatem światło to fotony, które wpadają do oka, czy jakkolwiek chcemy określić światłoczuły receptor. I co dalej? Otóż dalej standardowo pojawia się związek chemiczny zdolny zaabsorbować taki foton. A żeby związek mógł to zrobić, musi mieć możliwość ulec jakiejś przemianie, której odpowiada właśnie taka energia, jaką foton niesie. Taką przemianą może być na przykład zmiana kształtu. Coś takiego właśnie dzieje się w naszych oczach: jeden ze związków, pochodna witaminy A, zmienia swój kształt pod wpływem światła ¹Chemicznie: 11-cis-retinal zmienia się w trans-retinal. Nowy kształt nie pasuje jednak do przestrzeni, którą ten związek zajmował w białku, w które jest wbudowany. To z kolei wymusza zmianę kształtu całego białka… I tak zaczyna się toczyć cała kaskada sygnałów, które w końcu nasz mózg odbiera jako impuls światła.

Mało energii

No więc mamy warunek, na którym wyłożyłaby się próba zobaczenia fali radiowej. Nie mamy łatwo dostępnych przemian, w których różnica energii stanu przed i po odpowiadałaby energii fali radiowej. Dla fal ultrafioletowych przynajmniej w pewnym zakresie – spokojnie. Fale podczerwone? One wprawiają w drgania określone wiązania chemiczne, a w ten sposób przenosi się ciepło. Podobnie mikrofale, które wprawiają w drgania całe cząsteczki. Ale to wszystko są fale o stosunkowo wysokiej energii. Zaś fale radiowe przenoszą bardzo, bardzo małą energię. Tak małą, że w warunkach “standardowych”, takich, z jakimi mamy do czynienia na co dzień, nie odpowiada im żadna przemiana chemiczna, która mogłaby zaowocować zmiana kształtu jakiegoś białka.

Nie oznacza to, że ludzka pomysłowość nie wpadła na kreatywne zastosowanie dla fal radiowych. Czy słyszeliście kiedyś o rezonansie magnetycznym? Jest to metoda wykorzystywana w medycynie, gdy trzeba zajrzeć, to tam w pacjencie siedzi – w miarę możliwości bez rozcinania go. Bazuje na zmianie spinów jądrowych²Czymkolwiek by one były… za pomocą właśnie fal radiowych. Innymi słowy: fala radiowa może zmienić spin jądrowy z “niskiego” na “wysoki”. No więc jak to jest z tym moim stwierdzeniem, że nie ma przemian, którym by odpowiadały fale radiowe? Otóż w aparacie do rezonansu nie mamy warunków normalnych. Mamy tam do czynienia z bardzo silnym polem magnetycznym. Przeszło sto tysięcy razy silniejszym od pola ziemskiego. Jak można uzyskać takie pole? To temat na osobny artykuł, bo rzecz jest bardzo interesująca, ale w tym momencie najistotniejsze jest to, że dopiero w takich warunkach różnica energii pomiędzy dwoma spinami jąder jest na tyle duża, że fale radiowe mogę “przełączyć” jeden ze spinów w drugi.

A co, gdyby?

Ponieważ nie ma żadnego zwierzęcia, które żyłoby w wysokim polu magnetycznym, ewolucja w żaden sposób nie wykorzystała tego zjawiska, więc zwierzęta fal radiowych nie widzą. Zresztą trudno się dziwić – ciężko znaleźć przykłady naturalnych emiterów fal radiowych, które byłyby dla zwierząt użyteczne. Takimi źródłami są na przykład słońce czy błyskawice… Ale o ich obecności i lokalizacji zwierzęta mogą się dowiedzieć przy pomocy innych, już zaimplementowanych sposobów postrzegania.

Z resztą nawet gdyby takie źródła były, nawet gdyby widzenie fal radiowych dawało mierzalną przewagę – tzw. presja ewolucyjna – i nawet gdyby jakieś zwierzę żyło w potężnym magnesie³Wyobrażam sobie właśnie eksperyment z muszkami owocówkami zamkniętymi w elektromagnesie nadprzewodzącym na setki pokoleń, i jedzeniem podawanym w znakowanym radiowo pojemniku…… to dalej nie jest pewne, czy wykształciłby się zmysł postrzegania fal radiowych. Z jednej strony zmiana spinu jest na tyle subtelna, że nie zaburzy struktury białka w takim stopniu, w jakim zrobi to zmiana kształtu. A poza tym, ze względu na niską różnicę energii między dwoma spinami wiele jąder jest w stanie “wysokim” nawet bez oddziaływania z falą radiową… Więc czułość takiej detekcji też byłaby niska.

Zwierzęta i tranzystory

No dobrze, w takim razie jak my, ludzie, wykrywamy fale radiowe, żeby na przykład słuchać radia? Zupełnie inaczej, wykorzystując coś, co dla zwierząt jest zupełnie niedostępne. Przede wszystkim, radio korzysta z anteny, która w najprostszej wersji ma postać kawałka metalu. Na takim kawałku metalu fale elektromagnetyczne powodują powstawanie prądu elektrycznego. Takie wahania prądu mogą być następnie wzmocnione – na przykład przez tranzystory – a potem skierowane do głośników. Według mojej najlepszej wiedzy żadne zwierzęta nie zawierają tranzystorów – a szkoda, bo to dałoby takie ciekawe możliwości…

Z drugiej strony, warto tu zauważyć, że nieco niespodziewanie ludzie i zwierzęta mają możliwość zobaczyć fala o wyższej energii niż ich “naturalny” zakres. I to dużo wyższej… Nie zobaczycie promieniowania jonizującego⁴Przynajmniej wprost – o promieniowaniu Czerenkowa już pisaliśmy…, nie zobaczycie promieniowania X… Ale jeśli zdarzy się Wam polecieć w kosmos, macie szansę zobaczyć promieniowanie kosmiczne. Są to cząstki o tak wysokiej energii, że mogą “brutalną siłą” aktywować nasze receptory w oczach. Albo mogą wywołać promieniowanie Czerenkowa w naszych oczach… Podobna sytuacja miałaby miejsce, gdybyście wsadzili głowę w promień przyspieszonych cząstek z akceleratora. Czego oczywiście nie zalecamy: jakbyście trafili do CERNu, to trzymajcie się wyznaczonych stref…

Wracając jednak do tematu – niestety, żadne zwierzęta fal radiowych nie widzą i nie mają szans widzieć. A jeśli macie naukowe pytanie i chcecie, żebyśmy na nie odpowiedzieli – zapraszamy Was do wsparcia nas na Patronite!

Źródła:

1. https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Biological_Chemistry/Supplemental_Modules_(Biological_Chemistry)/Photoreceptors/Chemistry_of_Vision
2. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/11567889/
3. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0273117705005478

Zainteresowało Cię to, co czytasz? Chcesz wiedzieć więcej? Śledź nas na Facebooku, i – pozwól, że wyjaśnię!