El enigma de cómo las aves migratorias logran recorrer largas distancias con asombrosa precisión mantiene a la comunidad científica en constante asombro. Estas especies, como los chiffchaffs y wheatears, regresan en primavera a sus territorios de cría tras recorrer miles de kilómetros, muchas veces navegando en solitario y durante la noche. Se estima que el 95% de las aves migrantes realizan sus trayectos nocturnos sin la orientación de padres adultos, lo que sugiere que este comportamiento podría tener una base genética.

El funcionamiento biológico detrás de esta capacidad de orientación radica en la mecánica cuántica y ha sido objeto de investigación desde 1978, año en el que el biófísico Klaus Schulten propuso por primera vez que las aves podrían percibir campos magnéticos mediante un fenómeno conocido como el "efecto de pares radicales". Este mecanismo ocurre cuando los electrones, al ganar energía, se desplazan entre moléculas, generando radicales libres cuyos "spins" son sensibles a los campos magnéticos. Estos cambios a nivel molecular generan reacciones químicas específicas en presencia de campos magnéticos y podrían ser clave para la navegación de las aves.
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Peter Hore, profesor de química en la Universidad de Oxford, ha dedicado más de dos décadas al estudio de la percepción de los campos magnéticos por parte de las aves. Una de sus principales conclusiones es que estas no distinguen entre los polos norte y sur, sino que se orientan hacia el ecuador. Igualmente, se ha establecido que para algunas especies, como los petirrojos, la luz desempeña un papel fundamental en la activación del efecto de pares radicales, reforzando así sus capacidades de orientación magnética.

El criptocromo 4, una proteína presente en los ojos de estas aves, ha cobrado particular relevancia en el estudio de su orientación migratoria. Investigaciones realizadas en 2021 demostraron que la versión de esta proteína en los petirrojos tiene una mayor sensibilidad a los campos magnéticos en comparación con la de especies no migratorias como los pollos. Cuando ciertas regiones de esta proteína fueron alteradas, se observó que desaparecía su capacidad de responder a estímulos magnéticos, cimentando aún más la teoría del mecanismo de pares radicales.

El equipo de Miriam Liedvogel ha estudiado las diferencias en el criptocromo 4 en aves migratorias y no migratorias, destacando una mayor variación genética en la primera categoría. Sin embargo, también han identificado casos de aves nocturnas migratorias que carecen de esta proteína, lo que plantea interrogantes adicionales sobre las herramientas que usan para orientarse.
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En el ámbito de la física cuántica, el estudio se complejiza aún más con el principio de incertidumbre de Heisenberg, según el cual es imposible medir de manera precisa dos variables relacionadas, como energía y tiempo, al mismo tiempo. Según Iannis Kominis, físico cuántico de la Universidad de Creta, esto establece un límite superior en la sensibilidad de los organismos vivos a fenómenos físicos como los campos magnéticos. No obstante, el mecanismo de pares radicales parece acercarse al máximo nivel permitido dentro de estas restricciones.

Curiosamente, los cálculos cuánticos han revelado que las aves pueden sufrir desorientación si se exponen a campos magnéticos fluctuantes o interferencias conocidas como "ruido magnético". Esto ocurre debido a que los electrones en pares radicales alternan frecuencias específicas en sus estados de "spin", mostrando cómo factores externos pueden alterar su capacidad de naveganza.

A pesar de la acumulación de abundantes datos respaldando estas teorías, los investigadores admiten que los mecanismos completos que explican la orientación de las aves migratorias todavía no se entienden en su totalidad. Estas preguntas continúan desafiando a la biología y la física, consolidándose como un fascinante cruce interdisciplinario entre ambas ciencias.

La capacidad de orientación basada en el campo magnético no es exclusiva de las aves. Otros animales, como tortugas marinas, peces e incluso ciertos insectos, también cuentan con este notable sentido.