Indsigt i insektnavigation kan hjælpe truede arter og forbedre vores egne evner

Hiver du også mobiltelefonen op af lommen, når du skal finde vej? Vi mennesker nyder i moderne tid godt af at have en GPS ved hånden, og i gamle dage et kort eller kompas.

Andre af vores små medskabninger finder derimod vej helt uden hjælp, nemlig trækkende insekter, som kan tilbagelægge mere end 1.000 kilometer under deres flyvning.

Selvom insekter har migreret i al den tid, menneskeheden har eksisteret, er det stadig ikke alle aspekter af deres navigation, vi kender.

Med en Sapere Aude-bevilling fra Danmarks Frie Forskningsfond vil Jingjing Xu, adjunkt på Biologisk Institut på Syddansk Universitet (SDU), forsøge at forklare navigationen hos insekter helt ned på molekylært niveau.

Mere specifikt vil hun studere det australske bogongmøl (Agrotis infusa), der flyver lange distancer om natten.

»Det er utroligt, hvordan de små møl bærer sig ad. Når det er skyfrit, kan møllet orientere sig ved hjælp af stjernehimlen, formentlig Mælkevejen. Men selv når det er overskyet, orienterer møllet sig, fordi det kan gøre brug af Jordens magnetfelt,« fortæller Jingjing Xu.

Hun har tidligere samarbejdet med Eric Warrant, professor i sensorisk biologi fra Lund Universitet. Sammen konstaterede de, at bogongmøllet netop gør brug af Jordens magnetfelt for at finde vej.

»Jordens magnetfelt udgør kun et signal, som er omkring 200 gange svagere end en køleskabsmagnet. Det er forbløffende, at møllene kan sanse og udnytte et så svagt signal,« fremhæver Jingjing Xu.

Test af proteinmolekylet, der giver kompasfornemmelsen

For at finde ud af, hvordan det magnetiske sensoriske system i bogongmøllet og en række andre insektarter fungerer, vil Jingjing Xu producere proteiner i laboratoriet ud fra det gen, der menes at være afgørende for, at dyr, der trækker om natten, kan sanse Jordens magnetfelt.

Genet koder for et protein kaldet kryptokrom. Inde i proteinet hopper, danser og drejer elektroner på mikroskopisk skala, hvilket er et kvantemekanisk fænomen, der kan påvirkes af Jordens svage magnetfelt.

Kvantemekanik handler om, hvordan elektronerne omkring et atom opfører sig. Konceptet har været kendt i 100 år, og i dag arbejdes der for eksempel på at fremstille en kvantecomputer, som langt vil overgå hidtidige computere med sin ydeevne. I dette projekt er fokus dog på den grundlæggende kvanteeffekt af Jordens magnetfelt på biologiske systemer.

I et af Jingjing Xus tidligere studier viste kryptokrom 4a-proteiner fra nataktive trækfugle sig at være følsomme over for magnetfelter. 
Bemærkelsesværdigt nok har natsværmere, selvom de evolutionært skilte sig ud fra hvirveldyr for cirka 700 millioner år siden, kryptokromproteiner, hvis sekvenser ligner dem, der findes hos hvirveldyr.

Den kommende forskning vil søge at finde ud af, om natsværmerkryptokromerne er magnetisk følsomme baseret på kvanteeffekterne. Naturen har sandsynligvis udstyret en stor variation af dyr med en magnet-sans.

På langt sigt kan forskning gavne økologi, bevarelse og teknologisk udvikling 

Jingjing Xu forudser, at forskningen kan give indsigt i, hvordan naturen har opfundet et system til brug af kvanteeffekter. Det ville være et vigtigt skridt fremad for kvantebiologi.

»Jeg tror også, at viden om insekters magnetiske sansesystem kan hjælpe migrerende og truede dyrearter. Klimaet lægger pres på dyr for at flytte til nye områder, og hvis vi kan forudsige og styre disse migrationsmønstre, kan det gavne bevaringsindsatsen,« siger Jingjing Xu.

På meget langt sigt kan forskning i magnetisk følsomme proteiner også inspirere teknologiske udviklinger inden for proteindesign til biomedicin. For eksempel målrettet medicinlevering styret af et magnetfelt, hvor medicin kan blive leveret i kroppen lige netop dér, hvor det gør gavn.

Måske kan forskningen også bidrage til den næste generation af navigationssystemer.

Som led i det fire år lange projektet vil der blive ansat en postdoc og en ph.d.-studerende. Derudover vil forskningen blive udført i samarbejde med førnævnte Eric Warrant fra Lund Universitet, Christoph Lienau, Ilia A. Solov'yov og Henrik Mouritsen, professorer på Carl von Ossietzky Universitetet i Oldenburg i Tyskland, Alexander Huck, lektor på Danmarks Tekniske Universitet, og Ole Nørregaard Jensen, professor på Syddansk Universitet.