Le biologiste de Caltech, Markus Meister, conteste des recherches récentes affirmant avoir résolu ce qu'il décrit comme "le dernier véritable mystère de la biologie sensorielle" - la capacité des animaux à détecter les champs magnétiques. Ce "sens magnétique" fournit une aide à la navigation à une variété d'organismes, y compris les mouches, pigeons voyageurs, taupes, et les chauves-souris.

Dans trois articles distincts parus dans des revues publiées par le Nature Publishing Group, des équipes de chercheurs de l'Université de Pékin à Pékin, l'Université de Virginie, et l'Université Rockefeller de New York construisent un dossier scientifique, basé sur l'existence de molécules protéiques particulières chargées de fer, pour savoir comment les cellules vivantes pourraient être affectées par les champs magnétiques. Si c'est correct, ces découvertes aideraient à expliquer comment les animaux perçoivent le magnétisme et comment les fonctions cellulaires pourraient un jour être contrôlées à l'aide de champs magnétiques.

Une propriété importante du fer est qu'il peut être magnétisé comme l'aiguille d'une boussole. Parce que les protéines décrites contiennent tellement de fer, l'argument va, ils seraient affectés par le champ magnétique terrestre, fournissant un mécanisme par lequel les organismes pourraient détecter ce champ.

Le problème, dit Meister, Anne P. et Benjamin F. Biaggini Professeur de Sciences Biologiques, est que chacune des protéines décrites dans le trio d'articles de Nature ne contient pas assez de fer pour être affectée par les champs magnétiques.

"Nous parlons d'une disparité comprise entre cinq et 10 ordres de grandeur. La quantité de fer dans les molécules n'est même pas suffisante, " dit Meister, qui discute de son analyse des trois études dans un article publié par la revue eLife. Cette différence est énorme. Meister compare cela à la prétention d'avoir construit une voiture électrique pouvant fonctionner pendant un an, avec une seule pile AA.

Après avoir noté le problème, Meister a vérifié avec des collègues sur le terrain, dont Joseph Kirschvink (BS, MS '75), Nico et Marilyn Van Wingen Professeur de géobiologie à Caltech, connu pour ses travaux sur la magnétoréception à base de magnétite (Fe 3 O 4 ), un minerai de fer ferromagnétique. En 2001, Kirschvink a publié des preuves que les cristaux de magnétite chez les animaux peuvent jouer un rôle dans la sensibilité magnétique des animaux. Kirschvink était d'accord avec l'analyse de Meister. "Markus est parfait, " dit Kirschvink.

Dans l'un des journaux, Publié dans Matériaux naturels en novembre 2015, un groupe dirigé par Siying Qin de l'Université de Pékin rapporte la découverte d'un complexe protéique en forme de bâtonnet riche en fer dans les yeux de la mouche des fruits Drosophila qui, les auteurs disent, pourrait être la source de la magnétoréception de la mouche. Ils ont nommé le complexe MagR, pour la protéine magnétorécepteur.

MagR comprend 40 atomes de fer. Ces atomes de fer, les chercheurs de l'Université de Pékin disent, fournir suffisamment de moment magnétique (mouvement en réponse à un champ magnétique) pour qu'environ 45 pour cent des protéines isolées s'orientent avec leur grand axe le long du champ géomagnétique. En d'autres termes, l'article suggère que les protéines s'alignent en réponse au champ magnétique terrestre de sorte qu'elles pointent vers le nord magnétique comme l'aiguille d'une boussole.

Cependant, Meister dit que les protéines n'ont en fait pas assez de fer pour être sensibles aux champs magnétiques.

Les plus petites particules de fer connues pour avoir un moment magnétique permanent à température ambiante sont des cristaux de Fe 3 O 4 , qui mesurent environ 30 nanomètres. Chaque cristal contient environ 1 million d'atomes de fer étroitement emballés. Cela signifie que même si les 40 atomes de fer d'une protéine MagR parviennent à se lier d'une manière ou d'une autre et fonctionnent comme une seule unité, le moment magnétique résultant de la protéine serait encore trop petit pour s'aligner avec le champ géomagnétique de la Terre à température ambiante. Le magnétisme est enfermé dans une bataille contre l'énergie chaotique de la chaleur, qui fonctionne pour randomiser l'orientation du complexe protéique. Cet effet thermique est environ cinq ordres de grandeur plus fort que n'importe quelle attraction magnétique sur les 40 atomes de fer.

"C'est de la physique au fond de l'enveloppe, " dit Meister.

Les deux autres journaux, l'un en Neurosciences de la nature par Michael Wheeler de l'Université de Virginie et un en Médecine naturelle par Sarah Stanley de l'Université Rockefeller - explorer la possibilité de mécanismes d'ingénierie qui utiliseraient des atomes de fer dans les cellules pour contrôler les canaux ioniques.

Les canaux ioniques sont des passerelles dans les membranes cellulaires qui permettent le passage des ions à travers la membrane, transmettant ainsi des signaux dans et hors de la cellule. Ces signaux contrôlent les fonctions cellulaires. Par exemple, les canaux ioniques des cellules nerveuses peuvent transmettre des signaux de douleur. Être capable d'ouvrir et de fermer sélectivement des canaux ioniques avec des champs magnétiques, plutôt qu'avec des médicaments, offrirait aux cliniciens une technique peu invasive pour contrôler les cellules, par exemple, la gestion de la douleur sans l'utilisation de produits pharmaceutiques.

Les découvertes de Wheeler et de Stanley reposent sur l'utilisation de ferritine, une coquille de protéine creuse qui, des recherches antérieures ont montré, peut être emballé avec du fer. (La plupart des organismes produisent naturellement de la ferritine pour stocker le fer, qui est toxique lorsqu'il flotte librement dans les cellules.) Les deux groupes ont attaché une boule de ferritine à un canal ionique qui réside dans la membrane cellulaire, dans le but de créer un mécanisme d'ouverture ou de fermeture du canal en manipulant la balle avec des champs magnétiques. Wheeler a proposé de tirer physiquement sur la boule de ferritine avec un champ magnétique, tandis que Stanley a utilisé un champ magnétique pour chauffer la ferritine et déclencher l'ouverture et la fermeture du canal ionique attaché.

Aucun des deux schémas ne peut fonctionner, dit Meister.

En effet, Les calculs de Meister montrent que la ferritine est trop petite de plusieurs ordres de grandeur pour être affectée par les champs magnétiques. "Dans les deux cas, on peut blâmer le choix de la ferritine, " dit Meister. Puisque la ferritine n'a pas de moment magnétique permanent, les champs magnétiques n'interagissent avec lui que faiblement. « Si les effets signalés se sont réellement produits comme décrit, ils n'ont probablement rien à voir avec la ferritine."

Cependant, Il suggère, il peut y avoir une voie viable pour contrôler la fonction des canaux ioniques dans les cellules en utilisant des particules magnétiques beaucoup plus grosses, comme celles trouvées dans certaines bactéries magnétiques.

Alors que les faux pas en science sont courants et font en effet partie du processus scientifique - d'où la nécessité d'un examen par les pairs pour les articles - Meister craint que ces annonces ne découragent d'autres scientifiques d'essayer de comprendre les causes du magnétisme dans des contextes biologiques.

"C'est comme si l'anneau de laiton avait déjà été arraché, " Meister dit. " C'est trop facile pour quelqu'un de regarder ça et de penser, 'D'accord, Je suppose que cela a été répondu. Je vais essayer de résoudre un autre problème, alors.'"

L'article de Meister s'intitule « Limites physiques de la magnétogénétique ».