التحسُّس المغناطيسي والبوصلة الكمومية

تتضمَّن وجود المغنتيت (Magnetite) أوكسيد الحديد الأسود وغيره من مركَّبات الحديد؛ لشدة تفاعلها مع المجال المغناطيسي. هذه المنظومة تُوجد في الهائمات والبكتيريا؛ حيث تكون بهيئة سلاسلَ من بلوراتِ المواد الفريمغناطيسية بشكل مغنتيت (Fe₃O₄) أو غريغيت (Fe₃S₄) نانوية الأبعاد (شكل ١١-٢). كما وُجدَت هذه المواد المغناطيسية في حشرات نحل العسل والطيور وسمك السلمون وسلاحف البحر وغيرها (Shaw et al., 2015). تُعتبَر هذه المواد خيارًا طبيعيًّا لعمل بوصلة؛ كونها ذاتَ قدرةٍ عاليةٍ على التفاعل مع المجالات المغناطيسية التي تُحدِث ترتيبًا للفِّ المغزلي للإلكترونات. يؤثِّر المجال المغناطيسي بقوة على هذه المنظومة بحيث يجعل الخلية تدورُ حول نفسها. كما أن للمجال المغناطيسي مركبةً عمودية تتحسَّسها الخلية؛ حيث تُحدِّد بواسطتها العمق من أجل إيجاد منطقة التركيز المناسب للأوكسجين. هذه الآلية تتضمن وجود قناةٍ حسَّاسةٍ للحركة ومرتبطة ببلورات المغنتيت التي هي أيضًا مرتبطةٌ بغشاء الخلية. تعمل سلسلة بلورات المغنتيت كإبرة البوصلة؛ حيث تتراصَف مع المجال المغناطيسي الأرضي، مسلطةً عزمًا على القناة الحساسة حركيًّا حيث تنشِّطها مؤديةً إلى تدفُّق أيوناتٍ موجبة ولا استقطابية لغشاء الخلية (Nordmann et al., 2017) (شكل ١١-٣) مؤدية إلى تحسُّس المجال المغناطيسي والحركة نحو المناطق الأكثر مناسبةً للحياة.

انطلاقًا من عدم امكانية الفصل بين الكهربائية والمغناطيسية، فمن الممكن قيام تركيب معين بتحويل المعلومات حول المجال المغناطيسي الأرضي إلى محفز كهربائي (Nordmann et al., 2017).

تعتمد هذه الآلية على الحساسية الفائقة لتحسُّس الكهربائية والموجودة في بعض الحيوانات البحرية؛ مثل أسماك القرش وسمك الشفنين وغيرها. وتعتمد هذه الآلية على قوة لورينز (Lorentz force) حيث إن حركة قضيبٍ موصِّل خلال مجالٍ مغناطيسيٍّ تُولِّد توزُّعًا غير منتظمٍ للشحنات؛ فلو غُمر القضيب في وسطٍ مُوصِّل حيث يكون ثابتًا بالنسبة إلى المجال، تتكوَّن دائرةٌ كهربائية. تمتلكُ هذه الحيوانات البحرية بضع مئاتٍ من قنواتٍ طويلة تبدأ من فتحاتٍ صغيرة على الجلد وتنتهي داخل الجسم. لهذه القنواتِ جدرانٌ مقاومةٌ للكهربائية بينما تكون ملآنة في الداخل بمادةٍ جيلية، عالية التوصيل للكهربائية، وهكذا تعمل كقابلوات كهربائية. في نهاية القنوات تُوجد أمبولات من مجمَّعات خلايا لورينزيني (Lorenzini) الحسَّاسة للغاية للتغيُّرات الصغيرة في الفولتية (شكل ١١-٥). هذه المنظومات لا تتمكَّن من تحسُّس التيار المستمر، لكنها تتحسَّس التيار المتناوب. قُدِّرَت عتبة التحسُّس لهذه الآلية بحدود ٢ ميكروفولت/م، علمًا أن حركة القرش في المياه البحرية يمكن أن تُولِّد ٢٥ ميكروفولت/م. حركة رأس القرش إلى الأمام والخلف يمكن أن تساعد على موازنة التشويش المُتولِّد عن الكهربائية للتيارات المائية.

تعتمد هذه الآلية على العزل الفعَّال لعزم الإلكترون وعزم النواة عن المحيط وتتضمَّن تفاعلاتٍ كيموحيوية. التفاعلات الكيموحيوية المعتمدة على المجال المغناطيسي معروفة، غير أن تحسُّس المجال المغناطيسي المعتمد على التفاعلات الكيميائية يواجه تحدياتٍ مهمة؛ منها المجال المغناطيسي الأرضي الضعيف؛ حيث إنه يساوي ٥٠ ميكروتيسلا، فتحوُّل الحالات الجُزيئية المستندة إلى انشطارات زيمان (Zeeman splitting) هو واحد بالخمسين مليون من طاقة الحمام الحراري kT في درجة حرارة الجسم (١^−٢٧ × ١٠ مقابل ٥ × ١٠^−٢١ جول). وهكذا فمعدَّل معظم التفاعلات الكيميائية وتكوين النواتج سوف لا يكون حسَّاسًا للمجال المغناطيسي الأرضي. غير أن صنفًا من التفاعلات الكيميائية المتضمِّنة أزواج الجذور تُظهِر حساسيةً غير عادية لقوة ووضعية المجالات المغناطيسية. كما أن مثل هذه التفاعلات لعمل بوصلة تتطلَّب أن يكون أحد المواد المتفاعلة على الأقل، غير متحرك، وتكون له وضعيةٌ ثابتة بالنسبة للمجال المغناطيسي. علمًا بأن جميع الجُزيئات البيولوجية عدا التركيبية منها تدور باستمرار حتى بروتينات غشاء الخلية. الحل جاء على يد Klaus Schulten سنة ١٩٨٢م، وطوِّر بعد ذلك من قِبل Thorsten Ritz.

حسب Hore (2011)، فإن أحدًا لم يكن ليُصدِّق أن مجالًا مغناطيسيًّا ضعيفًا كالمغناطيس الأرضي يمكن أن يؤثر على التحول الكيميائي لجزيئةٍ ما إلى أخرى؛ فقوة المجال المغناطيسي الأرضي هو أضعف بمائة مرة من قوة مغناطيس الثلاجة. والسبب يعود إلى حقيقةٍ معروفةٍ هي أن الجزيئات في حركةٍ دائمة تصطدم الواحدة بالأخرى فتدور حول نفسها وتتذبذب. والطاقة المصاحبة لهذه الحركات العشوائية هي طاقةٌ حرارية وتُتخذ كمقياسٍ تُقارن بها الطاقات الأخرى كما سبق التطرُّق إليه؛ فالأواصر الكيميائية التي تربط الذرات في الجُزيئات، هي بحدود ١٠ إلى ١٠٠ مرة أقوى من الطاقة الحرارية وهو ما يفسِّر عدم تكسُّرها. وهكذا فإن تعريض الجُزيئات إلى مقاديرَ من الطاقة أصغرَ بكثيرٍ من الطاقة الحرارية سوف لا يحقِّق شيئًا ويكون ضمن الحركة العشوائية المستمرة. وهكذا يُفترَض أن يكون تأثير المجالات المغناطيسية؛ حيث إن الجُزيئات المفردة هي ذاتُ مغناطيسيةٍ ضعيفة، ولا تستجيب حتى لتأثير المغانط القوية المصنَّعة فما بالك بالمغناطيس الأرضي الضعيف؟! لكن الواقع يخالف منطق أن المجال المغناطيسي الضعيف لا يغيِّر الفاعلية الكيميائية. ويُقرِّب الباحث المسألة بمثالٍ بسيط؛ فلو أخذنا كتلةً منتظمة من الغرانيت بثقل ١كغم مستقرة على الطاولة، هل ستتمكَّن قوة الذبابة الضعيفة من قلبها؟ بالتأكيد لا. لكن لو حاولنا إيقاف قطعة الغرانيت على أحد حوافها، فإنها تكاد لا تقف وتكون عرضةً للتأرجح. الآن وهي في هذه الحالة الحرِجة، لو حطَّت الذبابة على قطعة الغرانيت من جهة اليمين، فإن القطعة ستسقط على جهة اليمين كما في الشكل ١١-٦ وستكون القشَّة التي كَسرَت ظهر البعير؛ فطاقة الذبابة على ضآلتها يمكن أن تحقِّق شغلًا. أو يمكن أن يكون للطاقة القليلة تأثيراتٌ كبيرة، بشرط أن تكون المنظومة في الحالة المناسبة كونَها ليست في حالة التوازن.

في الكيمياء يمكن تطبيق هذا المبدأ باستخدام جُزيئاتٍ معينة (تمثِّل كتلة الغرانيت في المثال أعلاه) تُنقل إلى حالة اللاتوازن المناسبة عَبْر تجهيزها بطاقةٍ كافية. عندها سيكون لطاقةِ المجالِ المغناطيسي الضعيفة (طاقة الذبابة في المثال) القدرةُ على إحداث التأثير المطلوب. مثل هذه الجُزيئات هي أزواج الجذور (Radical pairs) التي تكون قصيرة العمر.

تتكون الجذور الحُرة في الخلايا خلال تفاعُلات الأكسدة خاصة في ظروف الإجهاد. من أمثلتها أنواع الأوكسجين الفعَّالة مثل H₂O₂ وOH⁻ وO^. وغيرها وجذور النتروجين الفعَّالة NO⁻. ويمكن أن تتكوَّن الجذور نتيجة تعرُّض الجُزيئة لفوتونات الشمس مُسبِّبةً انشطارها إلى جذور. طاقة الفوتونات تُسبِّب كسر الآصرة التي تربط ذرتَين ضمن الجُزيئة، وحيث إن الآصرة الكيميائية هي رابطةٌ من إلكترونَين؛ فعند كسرها سيكون كل إلكترون في أحد جذرَين، وبذلك سيتكوَّن زوجُ جذور في كل مرة. وحيث إن الإلكترونَين المنفصلَين نتيجة كسر الآصرة هما في حالة تشابُكٍ كمومي (Entanglement)، فإنهما سيبقيان كذلك بعد انفصالهما كلٌّ في أحد زوجَي الجذر. وهكذا يكون الجذر (Radical) هو جُزيئة بعددٍ فردي من الإلكترونات. الزوج جذر (Radical pair) لا يعني ببساطة زوجًا من الجذور الكيميائية، وإنما زوج جذرَين متشابكَين كموميًّا.

من المعروف في ميكانيك الكم أن الإلكترون كونَه جسيمًا تحت ذريٍّ يدور حول نفسه إضافة لحركاته الأخرى. هذا البَرم أو الدوران يُسمَّى البَرم المغزلي (Spin) ويمتلك عزمًا مغناطيسيًّا. البَرم المغزلي يكون عند مراقبته أو قياسه (فك التماسك Decoherence) مع اتجاه عقرب الساعة أو ما اصطُلح عليه «أعلى Up» أو أن يكون باتجاه عكس عقرب الساعة أو «أسفل Down». وعند عدم مراقبته (حالة التماسُك Coherence) فإنه يكون في حالة تراكُبٍ كمومي (Superposition) حيث يكون العزم المغزلي بالاتجاهَين في الوقت نفسه. وحيث إن كلًّا من الإلكترونَين المتشابكَين يتبعان أحد الجذرَين، سيكون لكل جذرٍ عزمٌ مغزلي؛ لذلك يمكن أن تتأثَّر حالة العزم المغزلي بالمجالات المغناطيسية. الإلكترونان المنفردان الموجودان كلٌّ في أحد الجذرَين، يمكن أن يكون لهما عزمٌ مغزليٌّ متعاكس (منفرد، غير متوافق ↓↑) أي في حالةِ عزمٍ مغزليٍّ واحدة (Singlet) كأن يكون أما أعلى أو أسفل، أو لهما العزم المغزلي نفسه (ثلاثي Triplet، متوافق ↑↑) في ثلاثِ حالاتٍ محتملةٍ أعلى أو أسفل، أو الاثنَين معًا (في حالة تراكُبٍ كمومي) (Hore & Henrik, 2016). كما أن الجذرَين يكونان في حالةِ تراكُبٍ كموميٍّ حيث يمكن أن يكونا في الحالة المنفردة والثلاثية في نفس الوقت. لتوضيح هذه المسألة فإن للإلكترون عزمًا مغزليًّا يساوي ١ / ٢، فعندما يكون لزوجِ الإلكتروناتِ عزمٌ مغزليٌّ متعاكس ↓↑، فإن ١ / ٢ − ١ / ٢ = ٠ وهذا ما يُعبَّر عنه بحالة العزم المغزلي المنفردة. لكن عندما يكون العزم المغزلي للإلكترونَين بالاتجاه نفسه ↑↑ يصبح: ١ / ٢ + ١ / ٢ = ١. يغيِّر التأثيرُ المغناطيسي البرمَ المغزلي من الحالة المنفردة إلى الحالة الثلاثية (Tarlacı & Pregnolato, 2015). وهكذا ستكون ثمَّة ثلاثُ حالاتٍ محتملة (McFadden & Al-Khalili, 2014). تحصُل التفاعُلات الكيميائية حسب قاعدة هوند (Hund’s Rule) بتكوين الآصرة فقط بين إلكترونَين لهما عزمٌ مغزلي متعاكس. وعندما تُكسر الآصرة بحالةٍ معيَّنة كأن تتعرَّض إلى فوتونات، يتموضع كل إلكترون في جُزيئةٍ معيَّنة، وبذا ينشأ الزوج الجذري، ويحتفظ كل إلكترونٍ بعزمه المغزلي الأصلي؛ أي كما في الحالة المنفردة؛ لذلك يمكن أن يُعاد تكوين الآصرة بسهولة. الحالة الثلاثية (التراكب) تُعجِّل تفاعُل الجذر وتكوين الناتج، بينما تكون الحالة المنفردة في وضعيةِ توازُن بين المواد المتفاعلة والناتج. غير أن تأثير المجال المغناطيسي يمكن أن يغيِّر العزم المغزلي لأحد إلكترونَي الجذر المتعاكِسَي الاتجاه، وبذلك يُحوِّل الحالة المنفردة إلى ثلاثية (تراكُب) (Hore & Henrik, ؛2016 Maria, 2011). وحسب تعبير Hore (2011) يمارس زوجُ الجذر رقصةً معقدة تتمثل بالتذبذب بين الحالة المنفردة والحالة الثلاثية وبالعكس ملايين المرات في الثانية. وهذا يحصُل نتيجةَ التماسُك الكمومي للبَرم المغزلي للإلكترونَين. وحيث إن الحالة المنفردة والحالة الثلاثية متماثلتان طاقيًّا، لكنهما غير متساويتَين احتماليًّا، فإن مجال المغناطيس الأرضي رغم ضعفه (أقل من ١٠٠ ميكروتيسلا) سيؤثِّر في توقيتات ومَدَيات هذه الرقصة، مثلما غيَّرَت الذبابة وضعيةَ كتلة الغرانيت في المثال السابق. وهكذا سيعمل المجال المغناطيسي على ترجيحِ احتمالاتِ ناتج هذا التفاعُل أو ذاك. وإذا كان ذلك يعتمد على وضعية زوج الجذر؛ فسيكون ذلك تحسُّسًا للاتجاه من خلال تحسُّس التغيُّر في كميةِ أحدِ نواتجِ التفاعُل (شكل ١١-٧).

للبحث عن موقعِ وجودِ تفاعُل هذه الجذور الحرة التي تتحسَّس المجال المغناطيسي الأرضي، استعرض McFadden & Al-Khalili (2014) محاولاتِ العلماء لتحديده؛ فقد اعتقد Klaus Schulten وهو منطقي في ذلك أن يكون هذا الموقع هو الدماغ. وفي محاضرة ألقاها Schulten سنة ١٩٧٨م، بيَّن أن فريقه تمكَّن من تكوين زوج جذورٍ متشابكةٍ باستخدام أشعة الليزر. ومن الحاضرين كان حائز جائزة نوبل في الكيمياء فيما بعدُ Dudley Herschbach الذي سأل عن موضع الليزر في الطيور، فكان الجواب المنطقي هو عين الطير باعتبارها المسئولة عن تحسُّس الإشارات الضوئية. وقبل ذلك اقترح Mike Leask سنة ١٩٧٧م، أن مصدَر التحسُّس المغناطيسي يقع في المُستقبِلات الضوئية في العين. متأثِّرًا بهذه النتائج، أجرى Wolfgang Wiltschko تجاربَ على الحمام الزاجل Columba livia domestica حيث بيَّن أن تشويش المجال المغناطيسي أدى إلى عدم قدرة هذه الطيور في الاهتداء إلى مواقعها الأصلية. كما أن نقل هذه الطيور في صندوقٍ مظلمٍ دون تشويش المجال المغناطيسي، أدى أيضًا إلى صعوباتٍ في عودة الطيور عند إطلاقها إلى المواقع الأصلية؛ ما يعني أن الضوء ضروريٌّ لرسم الخارطة المغناطيسية لها.

سنة ١٩٩٨م، تم اكتشاف البروتين الصبغي كربتوكروم (Cryptochrome) في عيون حشرات ذباب الفاكهة Drosophila ودَورَه في الإيقاع اليومي (Circadian rhythm) المعتمد على الضوء. الكربتوكرومات (Cryptochromes) هي بروتيناتٌ فلافينية تعمل كمستقبِلاتٍ ضوئية، شُخِّصَت أولا في النبات النموذجي الخردل Arabidopsis thaliana حيث تلعب أدوارًا مهمةً في النمو والتميُّز، ثم تم تشخيصها في الأحياء البدائية النواة، والعديد من الأحياء الحقيقية النواة. وتعمل هذه المركَّبات في الإيقاع اليومي للحيوانات، والتحسُّس المغناطيسي في الطيور المهاجرة. والكربتوكرومات شديدة القرب من الإنزيمات المُحللة ضوئيًّا Photolyases التي هي تطوُّر بروتيناتٍ فلافينية قديمة تحفِّز تصليح اﻟ DNA المعتمد على الضوء (Chaves et al., 2011). وكان Henbest et al., (2008) قد أشاروا إلى أن المجال المغناطيسي يؤثِّر على زوج الجذور المتكوِّن ضوئيًّا من الفلافين-تربتوفان في اﻟ Photolyases في البكتيريا Escherichia coli.

وُجدَت أربعةُ أنواعٍ من الكربتوكرومات في عيون الطيور هي: Cry1a وCry1b وCry2 وCry4. وتشير المُعطَيات إلى أن Cry1a هو الجُزيئة المستقبِلة للضوء والمحدِّدة للاتجاه Wiltschko & Wiltschko, (2019).

أثبت الباحثون Zeng et al., (2018) الاستجابة المغناطيسية لكربتوكروم ١ المثبَّت على قطبٍ كهربائيٍّ من الذهب عند تعريضه للضوء الأزرق. وباستخدام جهاز قياس الفولتية، قدَّموا الدلائل على تحفيز المجال المغناطيسي لنقل الإلكترون المُحفز ضوئيًّا من الكربتوكروم ١ إلى القطب المغناطيسي مظهرًا معدَّلَ استجابةٍ مغناطيسيًّا ثابتًا وتيارًا كهربائيًّا متغيرًا. كما أن آلية نقل الإلكترون المتضمِّنة تكوين جذورٍ مُحفزة ضوئيًّا في الكربتوكروم تكون حسَّاسة للمجال المغناطيسي الضعيف. وإن الجذر الحر الطويل البقاء هو المسئول عن تيار فاراداي الإلكتروكيميائي الذي تم كشفُه. وكمُستقبِل للضوء، فإن كشف وجود معدَّلٍ ثابتٍ تغيَّر بنسبة ٥٫٧٪ بنقل الإلكترون مقابل مجالٍ مغناطيسيٍّ ٥٠ ميكروتيسلا له معنًى مهمٌّ في إشارات المجال المغناطيسي، وعملية الإيقاع اليومي تحت تأثير المجال المغناطيسي.

ومعروف أن الكربتوكروم يمكن أن يُكوِّن جذورًا حرة عند تفاعله مع الضوء. سنة ٢٠٠٠م، نشَر فريق Schulten بضمنهم Thorsten Ritz (Ritz et al., 2000) بحثًا مهمًّا حدَّدوا فيه الكربتوكروم على أنه المُستقبِل الذي يعمل في البوصلة المغناطيسية للطيور. كما أن تحديد موقع الطيور في مجال المغناطيس الأرضي يعتمد على الرؤية.

يعتمد عملُ هذه المنظومة على امتصاصِ فوتون من الضوء الأزرق من قِبل جُزيئة الصبغة الحسَّاسة للضوء FAD الموجودة في جُزيئة البروتين كربتوكروم حيث يعاني تفاعلاتِ أكسدة-اختزال. تُستخدَم طاقة الفوتون لإطلاق إلكترونٍ من إحدى ذراتِ جُزيئة FAD مخلِّفة فراغًا إلكترونيًّا ليتكوَّن شبه الكينون FADH° مُكوِّنًا الجذر الأول. هذا الفراغ يمكن أن يُملأ بإلكترونٍ آخر يُمنَح من زوجٍ من الإلكترونات المتشابكة كموميًّا في جُزيئة الحامض الأميني تربتوفان (Tryptophan) ضمن جُزيئة الكربتوكروم حيث يعاني مزيدًا من الاختزال الضوئي مُكوِّنًا FADH− والذي ستُعاد أكسدتُه بمعزلٍ عن الضوء. وخلال هذه العملية يتكوَّن الجذر الثاني Wiltschko & Wiltschko, (2019). مع التشديد على أن الإلكترونَين يبقيان متشابكَين كموميًّا (شكل ١١-٨). وهكذا يمكن لهذَين الإلكترونَين أن يُكوِّنا حالاتِ تراكُبٍ منفردة (Singlet)/ثلاثية (Triplet) والتي هي المنظومة الكيميائية الفائقة الحساسية للمجال المغناطيسي، والتي سبق الحديث عنها والتي يتمكَّن الطير بواسطتها من تحديد موقع القطب المغناطيسي الأقرب.

تمكَّن Liedvoge et al., (2007) من عزل الكربتوكروم (Cryptochrome 1a) من شبكية طائر الدخلة Sylvia borin بطُرقٍ جُزيئيةٍ وأثبتوا أن هذه الفلافوبروتينات تُستثار فعلًا بواسطة الضوء في الطيف الأزرق مؤديةً إلى تكوين الجذور الحرة وفترةُ بقائها بحدود الملي ثانية (ms)، ومؤكِّدين أن هذه الخواص البيوفيزيائية تُرشِّح هذا البروتين كوسيطٍ ضوئيٍّ أساسي نموذجي، وكمُستقبلِ بوصلةٍ مغناطيسيةٍ تعتمد أزواج الجذور.

ويُشير Wiltschko & Wiltschko (2014) إلى أن Cry1a في عين الدجاج وطيور أبو الحناء الأوروبي، يُوجَد في أغشية الأقراص في الأجزاء الخارجية لمخاريط UV−. وتُبيِّن الدراسات النسيجية المناعية أنها تنشَط بالأطوال الموجية من الضوء، التي تسمح بتوجيه البوصلة المغناطيسية في الطيور. ويُظهِر الشكل ١١-٩ وجودَ هذا البروتين في الشبكية واستجابتَه للأطوال الموجية المختلفة من الضوء.

علاوةً على تأكيد Stapput et al., (2010) على اعتماد البوصلة المغناطيسية للطيور في تحديد اتجاهات طيرانها على الضوء؛ فإنهم بيَّنوا أن معلومات تحديد الاتجاه التي يحصل عليها الطير، تتم بواسطة العين اليمنى؛ فباستخدام ورقٍ لتغطية العين حيث تُستخدم أوراقٌ لا تشوِّش الرؤية، أو أوراقٌ تشوِّشها بنسبة ٧٠٪، تبيَّن أن تغطية العين اليسرى بورقٍ يشوِّش الرؤية لا يؤثِّر على تحديد طيور أبو الحناء الأوروبي Erithacus rubecula لاتجاهات طيرانها، لكن تغطية العين اليمنى بورقٍ يشوِّش الرؤية يؤدي إلى تشويش قدرتها على تحديد الاتجاه.

انتبه باحثون إلى طبيعة الضوء الذي تتحسَّسه أزواج الجذور في البوصلة الكيميائية؛ فالأبحاث السابقة في هذا المجال تعتبر أن الضوء الذي ينشِّط أزواج الجذور، وبالتالي عمل البوصلة الكيميائية وتحسُّس المجال المغناطيسي، هو غير اتجاهي وغير مُستقطب، وأن امتصاص الضوء يكون متجانس الاتجاه (Isotropic)؛ فقد بيَّن Muheima et al., (2016) أن ضوء السماء الطبيعي يدخل شبكية عيون الطيور باتجاهٍ أُحاديٍّ عَبْر القرنية والعدسات، ويكون مُستقطبًا جزئيًّا. كما أن جُزيئات الكربتوكروم تمتص الضوء المُستقطب باتجاهٍ محدَّدٍ ما يوحي أن البوصلة المعتمدة على الضوء هي صميميًّا حسَّاسة للاستقطاب. وتَم إثبات هذه الفرضية بتجاربِ سلوكِ طيور الفنجز Taeniopygia guttata وتحسُّسها للضوء المُستقطب وغير المُستقطب المسلَّط من أعلى؛ فقد توجَّهَت الطيور جيدًا عند تسليط الضوء المُستقطب حيث يكون محوره موازيًا للمجال المغناطيسي الأرضي. غير أن توجُّه الطيور يُشوَّش عند تسليط الضوء المُستقطب بمحورٍ عمودي على المجال المغناطيسي الأرضي.

وتُظهِر التجارب حول سلوك الطيور ثلاثَ خصائصَ لبوصلتها المغناطيسية: