En 1855, el zoólogo ruso Alexander von Middendorff fue uno de los primeros científicos en postular que los animales podían percibir el campo magnético terrestre y utilizarlo para orientarse1. Actualmente, se sabe que existen versiones de una brújula magnética en todas las clases de vertebrados (aves, peces, reptiles, anfibios y mamíferos), así como en insectos y algunas bacterias. A pesar de la considerable cantidad de investigaciones y descubrimientos sobre el uso del campo magnético por parte de los animales, como se afirma en un artículo recién publicado en la revista Science, «Si bien los estudios de comportamiento han aportado pruebas contundentes de la existencia de un sentido magnético, se desconocen las moléculas, células y circuitos centrales implicados en la magnetorrecepción»2.

Desafío técnico

Existen varios desafíos asociados con la capacidad de los organismos para detectar el campo geomagnético. Uno de ellos es que la intensidad del campo geomagnético es del orden de 50 microteslas. Esta intensidad varía con la latitud, siendo más intensa en los polos y tan solo 30 microteslas cerca del ecuador. En comparación, la intensidad del campo geomagnético es ligeramente mayor que la del campo magnético de un horno microondas, pero también unas 100 veces más débil que la del campo magnético de un refrigerador.

Mecanismos teorizados

Se han teorizado tres mecanismos diferentes para la magnetorrecepción animal, todos con evidencia que los respalda. Uno es que el campo magnético se detecta mediante una brújula mecánicamente sensible formada por magnetita de óxido de hierro. El segundo es la teoría de la inducción electromagnética, que sostiene que el movimiento de un animal a través del campo magnético induce una corriente en un circuito electrorreceptor. El tercero es la llamada «teoría del par radical», que sostiene que «la luz induce la formación de pares radicales y que el estado de espín de estos electrones se ve influenciado por el campo magnético».³ Los pares radicales se forman en una flavoproteína criptocromo fotorreceptora, sensible a la luz azul.

Un artículo reciente de los físicos Iannis Kominis y Efthimis Gkoudinakis, de la Universidad de Creta, evaluó el rendimiento teórico de tres métodos de sensores de magnetorrecepción³. El análisis se basa en un modelo teórico de cuán cerca puede llegar la detección magnética a un límite de resolución de energía fundamental, limitado por la constante de Planck. La detección magnética en magnetómetros artificiales se ha mejorado significativamente mediante el uso de tecnología cuántica. Esto proporciona una base para comparar el rendimiento de los sensores de magnetorrecepción animal. Los resultados indicaron que la magnetorrecepción de pares radicales podría ser un proceso cuántico. Los otros dos métodos parecen basarse más en la física clásica.

Mecanismo de magnetita

La magnetita (Fe₃O₃) se presenta generalmente en cristales de dominio único de aproximadamente 20 a 50 nanómetros de diámetro, lo que dificulta su detección en organismos. Estos cristales son imanes permanentes que se alinean con el campo magnético terrestre. Se ha descubierto que varias especies animales forman magnetita biogénica, incluyendo bacterias magnetotácticas y truchas.5 Las bacterias utilizan la brújula para guiar su natación y encontrar condiciones favorables6.

Inducción electromagnética

La física que subyace a este mecanismo es que, cuando un campo magnético se mueve a través de un conductor, se induce una corriente eléctrica. Esto puede ocurrir en organismos que se mueven a través de un campo magnético y la corriente se induce en un órgano conductor. Se ha teorizado que un buen candidato para esto serían los peces, ya que poseen electrorreceptores y el océano es un buen medio conductor.7 Hasta hace poco, había muy poca evidencia científica que validara este mecanismo en animales8.

Teoría de pares radicales

Un radical es una molécula que contiene un número impar de electrones. Un par de radicales consiste en dos radicales que se han creado simultáneamente, generalmente mediante una reacción química. Los radicales son magnéticos porque el electrón (al igual que el protón y el neutrón) posee una propiedad conocida como espín o, más precisamente, momento angular de espín. Se ha propuesto la existencia de este mecanismo en aves, mariposas monarca y moscas de la fruta.

Existe evidencia sólida de que la brújula magnética depende de la luz, de que las aves perciben la información de la brújula magnética como una impresión visual y de que el sensor principal debe estar ubicado en ambos ojos9. El químico de la Universidad de Oxford, P. J. Hore, explica además que: «Se ha propuesto que el criptocromo-4a es el receptor del sentido de la brújula magnética de las aves cantoras migratorias. Los pares radicales se forman mediante la excitación con luz azul del grupo flavina del cromóforo FAD (dinucleótido de adenosido de flavina), seguida de transferencias electrónicas secuenciales de base cuántica a lo largo de una cadena de cuatro residuos de triptófano»10.

Si bien las moscas de la fruta (Drosophila melanogaster) no migran ni se orientan como las aves, existe evidencia de que poseen una brújula magnética, y que esta podría basarse en el mecanismo de pares radicales. La literatura indica que existen al menos 15 artículos en los últimos 50 años que reportan la existencia de un sentido magnético en las moscas, y varios de ellos sugieren un mecanismo basado en el criptocromo11. Un modelo propuesto en las moscas de la fruta es que «una reacción de transferencia de electrones inducida por la luz mediante la cual se forman pares radicales (PR), cuyos estados de espín son sensibles a campos magnéticos tan pequeños como 50 microteslas. Este llamado mecanismo PR requiere canónicamente la flavoproteína CRY, conocida por su función como fotorreceptor circadiano de luz azul en las moscas y como regulador transcripcional insensible a la luz en el reloj circadiano de los mamíferos»12.

La investigación también ha encontrado la posibilidad de un mecanismo de pares radicales en las mariposas monarca. Un estudio determinó que existe evidencia de que la proteína CRY1 participa en la detección de la dirección del vector, lo que respalda su papel en una brújula geomagnética13. El mismo estudio también determinó que las antenas y los ojos compuestos de la monarca son necesarios para la magnetorrecepción dependiente de la luz de la monarca.

Últimas investigaciones sobre la magnetorrecepción de las aves

Un artículo publicado recientemente en Science por un grupo de investigadores proporciona evidencia sólida de que el mecanismo en las aves se basa en la inducción electromagnética14. El experimento, realizado con palomas, intentó determinar cuál de los mecanismos teóricos es responsable de la magnetorrecepción. Se descartó un mecanismo basado en la magnetita, ya que no se ha encontrado en palomas. El experimento se centró en determinar la actividad neuronal cerebral asociada a los canales semicirculares de las aves, que forman parte del sistema vestibular. Los vertebrados están diseñados para utilizar este sistema para mantener el equilibrio. Algunos describen el sistema vestibular como un «giroscopio biológico», ya que funciona de forma similar para detectar el movimiento y la aceleración en tres dimensiones. En el artículo, los autores observan que parece lógico que exista una conexión entre la detección de la información del vector magnético y el sistema vestibular, ya que este permitiría al mecanismo determinar la ruta de navegación deseada.

Los resultados del estudio indicaron que se requería un campo magnético cambiante (no estático) para generar actividad neuronal, y que esto ocurre sin luz. Este resultado descartó el mecanismo del efecto cuántico de pares radicales, ya que este depende de la activación por luz. Por lo tanto, la conclusión del artículo es que el mecanismo en las aves se basa en la inducción electromagnética.

Si bien esta última investigación es significativa y potencialmente responde a una pregunta clave sobre la magnetorrecepción en las aves, no la resuelve para todos los animales. Por ejemplo, el mecanismo encontrado en las palomas no puede existir en los insectos, ya que sus mecanismos de audición y equilibrio son completamente diferentes. También existe evidencia sólida del mecanismo de magnetita en algunos animales. Por lo tanto, parece probable que cada animal esté diseñado para detectar el campo geomagnético mediante mecanismos diferentes.

Hay que tener en cuenta que la simple detección del campo geomagnético es solo un elemento de un sistema de brújula y navegación. Otros elementos incluyen: (1) transferir la información del sensor y procesarla en una red neuronal cerebral; (2) tener un objetivo de navegación deseado (ya sea el rumbo o la ubicación en el mapa); y (3) comparar la diferencia entre la información del sensor de la brújula y el objetivo deseado para calcular la ruta de navegación. Todos estos elementos deben diseñarse para funcionar como un sistema coherente y, por lo tanto, tienen la apariencia de un diseño de ingeniería. Los tres mecanismos de magnetorrecepción presentan diversos grados de complejidad.

Notas

  1. G. C. Nordmann, et al., “Magnetoreception – A sense without a receptor,” PLOS Biology, October 23, 2017.↩︎
  2. G. C. Nordmann, et al., “A global screen for magnetically induced neuronal activity in the pigeon brain,” Science, 20 November 2025.↩︎
  3. Malkemper, et al., “Neuronal circuits and the magnetic sense: central questions,” Journal of Experimental Biology (2020) 223.↩︎
  4. Iannis Kominis and Efthimis Gkoudinakis, “Approaching the Quantum Limit of Energy Resolution in Animal Magnetoreception,” PRX LIFE 3, 013004, 16 January 2025.↩︎
  5. Perez-Huerta, et al., “Biogeochemical fingerprinting of magnetotactic bacterial magnetite,” PNAS, 2022, Vol. 119, No. 31. ↩︎
  6. Nordmann, et al., “Magnetoreception – A sense without a receptor.”↩︎
  7. Bellono, et al., “Molecular basis of ancestral vertebrate electroreception,” Nature, Vol. 543, 16 March 2017.↩︎
  8. Nordmann, et al., “Magnetoreception – A sense without a receptor.”↩︎
  9. P.J. Hore and Henrik Mouritsen, “The Radical-Pair Mechanism of Magnetoreception,” Annual Review Biophysics, 2016. 45:299-344.↩︎
  10. P.J. Hore, “Spin Chemistry in Living Systems,” National Science Review, 28 March 2024.↩︎
  11. Steven M. Reppert, “Magnetic field effects on behaviour in Drosophila,” Nature: Matters Arising, 1 May 2024.↩︎
  12. Bradlaugh, et al., “Essential elements of radical pair magnetosensitivity in Drosophila,” Nature, Vol. 615, 2 March 2023.↩︎
  13. Wan, et al., “Cryptochrome 1 mediates light-dependent inclination magnetosensing in monarch butterflies,” Nature Communications (2021) 12:771.↩︎
  14. G. C. Nordmann, et al., “A global screen for magnetically induced neuronal activity in the pigeon brain.”↩︎

Artículo publicado originalmente en inglés por Eric Cassell en Science & Culture

Crédito de la imagen destacada: Pigeons, por Laitche, CC BY-SA 4.0 , via Wikimedia Commons.