Fisika Kuantum pada Migrasi Burung

Berikut ini adalah saduran saya dari artikel situs BBC yang berjudul Organisms might be quantum machines. Karena artikel asli panjang, versi saduran ini saya bagi menjadi tiga bagian. Bagian pertama adalah Fisika Kuantum pada Fotosintesis. Bagian kedua adalah Fisika Kuantum pada Migrasi Burung. Dan, bagian ketiga adalah Fisika Kuantum pada Penciuman.

Saduran bagian kedua di mulai dari sini.

Efek-efek kuantum dalam dunia biologi bukan hanya terdapat pada tumbuhan atau makhluk hidup lain yang mengubah matahari menjadi sumber tenaga. Efek-efek kuantum juga menjawab sebuah teka-teki ilmiah yang telah membingungkan ilmuwan semenjak abad ke-19: bagaimana burung-burung tidak tersesat saat melakukan migrasi.

Bagaimana burung yang bermigrasi tahu kemana dia harus terbang?

Seekor burung melakukan migrasi biasanya untuk menghindari musim dingin. Misalnya burung robin eropa yang akan bermigrasi beribu kilometer ke arah ke arah selatan Eropa atau utara Afrika. Perjalanan mereka ini menempuh daerah yang tidak mereka kenal dan berbahaya bahkan tanpa membawa kompas (jika mereka mampu membawa dan membacanya). Jika mereka sudah salah arah dari awal, seekor burung robin yang berangkat dari Polandia dapat jadi mencapai Siberia, alih-alih Maroko.

Oh, mungkin mereka punya kompas biologis seperti kita memiliki jam biologis yang membantu kita menyadari kapan siang dan malam tanpa mengetahui posisi matahari sekalipun. Tapi, sebuah kompas biologis tidaklah mudah membayangkan seperti membayangkan jam biologis.

Kenapa? Jam hanya butuh sebuah pergerakan tertentu secara periodik. Aktivitas sel kita adalah secara periodik yang dapat menjadi jam biologis, sehingga mudah bagi tubuh kita mengenali jam. Sedangkan kompas biologis butuh pasangan medan magnet: sumbernya (yaitu bumi) dan detektornya (yaitu burung itu sendiri).

Jika mata burung robin memiliki struktur seperti jarum besi yang magnetis, tentulah para biologis telah menyadarinya dari dulu. Tapi struktur seperti itu tidak ada di dalam mata, bahkan di seluruh tubuh burung. Tidak ada struktur biologis burung yang bermigrasi yang dapat dijadikan kompas biologis.

Ada sebuah teori yang diusulkn pada akhir 1970-an, bahwa mungkin burung-burung tersebut memiliki sebuah kompas kimiawi yang bekerja sebagai fenomena kuantum. Kompas kimiawi inilah yang memandu burung mana arah Utara dan Selatan.

Peter Hore, seorang kimiawan University Oxford, Inggris Raya, mengatakan bahwa sebuah kompas kimiawi ini bekerja dengan bantuan molekul-molekul yang memiliki elektron valensi tunggal. Molekul seperti ini di kimia dikenal dengan radikal.

Biasanya, elektron-elektron di dalam material selalu hadir berpasangan. Setiap elektron memiliki sifat kuantum yang disebut spin. Elektron berpasangan di dalam molekul memiliki total spin nol. Jika kontribusi total spin elektron pada molekul adalah nol, spin ini tidak memberi kontribusi pada sifat umum material tersebut.

Sebaliknya, jika tidak nol, spin berkontribusi pada sifat umum material tersebut. Salah satu sifat material yang ditentukan oleh spin adalah sifat kemagnetannya. Material yang total spinnya lebih dari nol dipengaruhi oleh medan magnet.

Hore melanjutkan, ternyata burun robin dapat mengalami disorientasi sesaat ketika berada di wilayah yang memiliki gelombang radio pada frekuensi tertentu. Jika frekuensi sebuah gelombang radio adalah sama dengan frekuensi spin elektron pada sebuah molekul, elektron akan mengalami resonansi. Resonansi gelombang radio dan spin elektron ini mengakibatkan elektron bergetar lebih keras. Resonansi ini mirip dengan resonansi suara yang sering kita dengar saat kita bernyanyi di kamar mandi — nada-nada tertentu terdengar lebih keras daripada nada yang lain karena nada-nada tersebut mengalami resonansi.

Tapi, apa hubungan ini semua dengan teori bahwa burung-burung bermigrasi menggunakan sebuah kompas kimiawi? Teorinya adalah mata burung memiliki molekul radikal yang bereaksi terhadap medan magnet Bumi. Medan magnet akan menyebabkan elektron untuk meninggalkan posisi awalnya di dalam kompas kimiawi dan memulai reaksi berantai yang menghasilkan senyawa kimia tertentu. Selama burung tersebut bergerak pada arah yang sama, semakin banyak senyawa kimia tertentu itu dihasilkan.

Jumlah senyawa kimia tertentu yang dihasilkan ini tentu dirasakan oleh sang burung. Senyawa kimia tertentu ini membangkitkan sinyal di dalam sel-sel saraf burung dan kemudian berubah menjadi informasi arah bagi burung tersebut, apakah dia sedang terbang menuju Siberia atau Maroko.

Pengamatan gelombang radio menjadi penting karena kita dapat menguji teori kuantum yang memprediksi bahwa jika kita ganggu spin elektron, kompas kimiawi juga akan terganggu. Pengamatan ini berguna untuk memahami kenpa sesuatu kadang-kadang tidak bekerja sebagaimana mestinya.

Meskipun teori ini bagus, sayang sekali molekul yang dapat menjadi kompas kimiawi ini belum teramati. Hore masih melakukan riset ini dengan fokus untuk memahami bagaimana sejumlah molekul dapat menjadi kompas yang bekerja secara kuantum.

“Kami telah melakukan sejumlah eksperimen pada senyawa-senyawa yang kami jadikan model untuk membuat prinsip bahwa kita dapat membuat kompas kimiawi,” kata Hore. Rangkaian eksperimen ini telah memberi arahan kepada Hore bahwa sejumlah molekul berpotensi untuk menjadi kompas kimiawi. “Apa yang belum kita tahu adalah apakah molekul-molekul tersebut berperilaku sesuai dengan prinsip kompas kimiawi saat berada di dalam sel tubuh burung.”

Kompas magnetik hanyalah contoh kecil dari ketidakpahaman kita terhadap sistem navigasi alamiah burung, kata Hore. Sejauh ini teori terbaik yang dapat membantu kita memahami ini adalah teori kuantum, meskipun masih ada sejumlah hal yang harus disingkap untuk menghubungkan perilaku nyata burung-burung saat bermigrasi dengan teori kuantum.

Namun, ada satu bidang yang sepertinya sangat nyata untuk mendemonstrasikan realita kuantum di dunia biologi: indra penciuman.

(Penasaran? Bersambung…)

Author: febdian RUSYDI

a physicists, a faculty, a blogger.

2 thoughts on “Fisika Kuantum pada Migrasi Burung”

Leave a Reply