ثمة ثلاث آليات لتحسس المجال المغناطيسي؛ الفيريمغناطيسية والتحفيز الإلكترومغناطيسي والتفاعل الكيميائي المكوّن لأزواج الجذور. كلها تعتمد على أحد الأسس التالية: تضخيم التأثير المغناطيسي، أو استخدام مادة عالية الحساسية للمغناطيسية، أو عزل المنظومة عن الحمام الحراري (Thermal bath).

إحدى هذه الآليات وهي والتفاعل الكيميائي المكوِّن لأزواج الجذور، تمثل بوصلة كيميائيةً كُمومية. وحظيت باهتمام كبير يعتمد عمل هذه المنظومة على امتصاص فوتون من الضوء الأزرق من قبل جزيئة الصبغة الحساسة للضوء FAD الموجودة في جزيئة البروتين كربتوكروم؛ حيث يعاني تفاعلات أكسدة – اختزال. تُستخدم طاقة الفوتون لإطلاق إلكترون من إحدى ذرات جزيئة FAD مُخلّفةً فراغا إلكترونيا ليتكون شبه الكينون FADH° مُكوِّنا الجذر الأول. هذا الفراغ يمكن أن يُملأ بإلكترون آخر يُمنح من زوج من الإلكترونات المتشابكة كموميًا في جزيئة الحامض الأميني تربتوفان (Tryptophan) ضمن جزيئة الكربتوكروم؛ حيث يعاني مزيدًا من الاختزال الضوئي مكونا –FADH والذي ستُعاد أكسدته بمعزل عن الضوء. وخلال هذه العملية يتكون الجذر الثاني، بينما الالكترونان يبقيان متشابكين كموميا، ويكونان حالات تراكب منفردة (Singlet) ثلاثية (triplet) والتي هي المنظومة الكيميائية فائقة الحساسية للمجال المغناطيسي، والتي يتمكن الكائن الحي بواسطتها من تحديد موقع القطب المغناطيسي الأقرب.

كان Kodis et al., (2004) قد حضروا مركز تفاعل تركيب ضوئي اصطناعي محاكي ثلاثي الجزيئات، يتألف من ارتباط الكاروتين (C) مع البورفيرين (P) والفوليرين (F): F – P – C. يعمل البورفيرين كرابط وناقل شحنة، بينما يعمل الكاروتين كمانح الكترون ثانوي والفوليرين كمستقبل الكترون. ان اثارة البورفيرين تُتبع بنقل الالكترون المحفز ضوئيا الى الفوليرين (T = 32 بيكوثاينة)، ليعطي
 .C − P^•+− C₆₀^•− نقل الالكترون من الكاروتين الاى الايون الموجب البورفيرين (T = 125 بيكوثانية) يعطي حالة نهائية C^•+ − P − C₆₀^•− بكفاءة اجمالي 0.95.

شكل 16-10: تركيب ثلاثي المكون F – P – C لتوضيح مبدا عمل البوصلة الكيميائية. التحول المتبادل بين حالتي المنفردة (S) والثلاثية (T) لزوج الجذر [C^•+ − P − C₆₀^•−] يتم بواسطة التأثر المغناطيسي الفائق الدقة، ويكيف بتاثرات زيمان بالمجال المغناطيسي الخارجي. عن: Maeda et al., (2008).

استخدم Maeda et al., (2008) المنظومة الصناعية الثلاثية المكونات المؤلفة من جزيئات كاروتين – بورفيرين – فوليرين للباحثين Kodis et al., (2004) كما في الشكل 16-10 كبوصلة كيميائية كمومية. وعند تعريض المنظومة للضوء الأخضر، تتمكن من فصل الالكترونات على امتداد الجزيئة، وتستجيب للمجال المغناطيسي الضعييف جدا (50 ميكروتيسلا) كالمغناطيس الأرضي، وهي تعتمد أيضا على الحالة المنفردة وللثلاثية لزوج الجذر [C^•+ − P − F^•−] ولكن في درجة حرارة 113 كالفن (–160 م°).

حسب (2011) Cai فإن تدريج المجال المغناطيسي يُحسّن كثيرًا من أداء البوصلة الكيميائية المعتمدة على التشابك الكُمومي بين أزواج الجذور. وقد حسن الباحث من أداء البوصلة الكمومية خاصةً تحسس الاتجاه باستخدام التدرُّج المغناطيسي، ويُمكن حسب الباحث تحسس المجال المغناطيسي في منظومة البوصلة الهجينة المكونة من جسيمات معدنية مغناطيسية، نانوية، وأزواج جذور الجزيئات عضوية. والجهاز يستلهم النموذج البيولوجي لمتحسّس المجال المغناطيسي الضعيف، وفي درجة حرارة الغرفة. وأكد (2019) ,.Kerpal et al وباستخدام النموذج الثلاثي الجزيئة على صحة عمل آلية زوج الجذور في تحسس الطيور للمغناطيس الأرضي، وقدموا اقتراحات لتطوير تصميم وعمل نظم البوصلة الكيميائية.

مواضيع ذات صلة

Neurology of vision

Other eyes

The compound (insect) eye

The rod cells

The physiology of the eye

The human eye

The Relation of Physics to Biology

تقييم البيئة البحرية بواسطة حساسات النانو

تكنولوجيا النانو في قطاع الزراعة: إعادة ترتيب الجينات

النانو روبوت

تكنولوجيا النانو للوقاية من البكتيريا والجراثيم

دعامات القلب النانوية