時間を知っていた牡蠣

この物語は、ジョー・マーチャント著『人類の宇宙：文明と星々』から改作したものです。

1954 年 2 月、フランク・ブラウンという名の米国の生物学者が、あまりに驚くべき、あまりに不可解な事実を発見したため、同僚たちはそれを事実上歴史から抹消した。ブラウンはコネチカット州ニューヘイブン沖の海底から大西洋産のカキの一群を浚渫し、何百マイルも内陸にあるイリノイ州エバンストンのノースウェスタン大学に輸送した。次に彼は密閉された暗室の中で、温度、圧力、水流、または光の変化から遮断された塩水の入った鍋にカキを入れた。通常、これらのカキは潮の満ち引き​​を利用して餌をとる。カキは殻を開いて海水からプランクトンと藻類を濾過し、その間は殻を閉じて休む。ブラウンは、カキが最も活発になるのは 1 日におよそ 2 回訪れる満潮時であることをすでに突き止めていた。彼は、カキがこの行動のタイミングをどのように計っているかに興味を持ち、海から遠く離れた場所に置き、潮の満ち引き​​に関する情報を一切与えなかった場合にカキがどのような行動をとるかを調べる実験を考案した。カキの通常の餌のリズムは持続するだろうか?

最初の2週間は、まさにその通りでした。カキの摂食活動は、ニューヘイブンにあるカキの生息地の潮の満ち引き​​に合わせて、毎日50分ずつピークを迎え続けました。それ自体が印象的な結果で、カキが正確な時間を刻むことができることを示唆していました。しかし、その後、予期せぬ出来事が起こり、ブラウンの人生は永遠に変わりました。

カキは徐々に摂食時間を遅らせていった。さらに2週間後、安定した周期が再び現れたが、今度はニューヘイブンの潮汐より3時間遅れていた。ブラウンは困惑したが、天文暦を調べた。満潮は毎日、月が空で最も高く、または地平線の下で最も低くなっているときに起こる。ブラウンは、カキがその地域の月の状態に合わせて活動を調整していることに気づいた。エバンストンが海沿いにあったとしたら、カキは満潮になるはずの時間に摂食していたのだ。ブラウンは、これらの生物をあらゆる明らかな環境的兆候から隔離していた。それでも、どういうわけか、カキは月の動きに従っていたのだ。

ブラウンの実験はしばらくの間、生物学における最も物議を醸した研究結果の一つとして悪名高かった。科学者たちは、生命活動が時間帯などの環境サイクルによって変化することを理解し始めたばかりだったが、この分野の他の主要人物は皆、これらのリズムは究極的には体内時計によって駆動されていると確信していた。生物は神秘的な宇宙からのシグナルと繋がっているというブラウンの唯一の主張は、広く否定された。この意見の相違は、生物と地球、そして広大な宇宙との関係に関する、より深い哲学的分裂を反映していた。私たちは自律的に動く機械なのか、それとも生命は地球、太陽、月、そして星々と常に微妙なコミュニケーションをとっているのか？

ブラウンへの批判は容赦なく、彼の数十年にわたる研究は欠陥があるとして却下された。従来の科学的記述では、ブラウンは教訓的な物語、つまり常識から大きく逸脱することの危険性についての警告としてしか言及されていない。それ以来、「時間生物学」という分野は爆発的に発展し、研究者たちは細胞内で時間を刻む分子の歯車の複雑なネットワークを発見し、地球上のほぼすべての生物が太陽の日々の動きや季節の動きを予測できるようにしている。しかし、生物時計の核心には、未だ解明されていない根本的な謎が残っている。そして、ブラウンが何かを掴んでいた可能性を示唆する証拠は、しつこく流れてきたが、急速に洪水のように溢れかえっている。

地球上の生命が太陽の日々の運行と調和して動いていることは、何千年も前から知られています。私たちは朝に目覚め、夜に眠ります。花は時間帯によって開いたり閉じたりします。鳥のさえずりは夜明けを告げます。

しかし、こうした日周サイクルは、一般的に温度や光といった環境信号の変化に対する受動的な反応だと考えられていました。ミモザなどの植物の睡眠・覚醒運動は、体内時計によるものである可能性を示唆したのは、1832年にスイスの植物学者オーギュスタン・ド・カンドルでした。

1950年代初頭までに、少数の科学者が生体リズムに興味を持ち始めていました。ドイツでは、著名な植物学者エルヴィン・ビュニングが豆の苗の葉の「睡眠運動」を記録し、生理学者ユルゲン・アショフは自身の体温実験で24時間周期の体温を発見しました。アメリカでは、イギリス生まれの生物学者コリン・ピッテンドリが、トリニダード・トバゴでマラリア対策に取り組んでいた際に蚊の活動に日周期があることに気づき、昆虫のリズムの研究を始めました。ルーマニア生まれのフランツ・ハルバーグは、マウスの白血球数の日内変動によって薬物検査の結果が悪化したことをきっかけに、この分野に参入しました。

ブラウンが月の影響に魅了されたのに対し、ライバルたちは24時間周期に注目した。どの種を研究対象にしても、彼らも一定の条件下ではリズムが継続することを発見した。しかし、彼らの実験では、外部からの刺激がない状態ではリズムの速度がわずかに変化し、ピークと谷が太陽日に対して徐々にずれていくことがわかった。

個体によって周期の長さは異なり、それぞれ24時間に近いものの、厳密には24時間ではありません。研究者たちは、これらのリズムは生物の細胞内にある独自の内部タイマーによって駆動されているに違いないと結論付けました。通常の条件下では、周期は光や温度などの環境からの刺激によって調整されますが、実際には完全に自力で動く能力を持っていました。

当初、ブラウンもそう考えていた。しかし、彼はそれが可能かどうか疑問に思い始めた。彼の研究室では、カニの月の周期と太陽の周期は、周囲の環境から隔離されているように見えても、何ヶ月も正確に保たれていた。独立した体内時計が、どうしてこれほど正確に時間を刻めるのか、ブラウンには想像もつかなかった。そして1954年、時間シフトするカキを使った実験が実現した。密閉された暗室の中にいるにもかかわらず、カニは月の運行に合わせて活動を調整していた。ブラウンは、カニが体内時計に頼るのではなく、空からの信号を感知しているのではないかと確信した。

ブラウンは、考え得る最も基本的な生物学的プロセス、すなわち代謝を研究することを決意した。彼は何年にもわたる実験で、発芽中のジャガイモ、豆の種子、ミールワームの幼虫、ニワトリの卵、ハムスターなどを研究した。これらの生物は、温度、圧力、光の変化から保護されていた。外界から遮断されているはずなのに、ブラウンはそれらの代謝率のパターンが、太陽と月の運行だけでなく、地球の大気圏の気圧や天候の変化とも一致していることに気づいた。ジャガイモでさえ、時刻だけでなく季節さえも「知って」いた。まるで生命が地球の鼓動に合わせて脈動しているかのようだった。

ブラウンは、これらの生物は外部の地球物理学的要因、おそらく重力の微細な変動、あるいはまだ発見されていない微細な力に敏感だと結論付けた。ライバルたちの実験は、独立した時計の存在を証明しているとされていたが、ブラウンは、被験者は実際には環境から切り離されていたわけではないと主張した。彼らは地球の自転に合わせて変化する微細で律動的な場に浸り、その影響を受けていたのだ。

こうした考えは、彼の同僚たちから脅威とみなされていた。彼らの何人かは、日周期に関する自身の研究を他の科学者に真剣に受け止めてもらうために闘ってきた。彼らの専門家としての尊敬は、厳密で再現性のある手法を用い、完璧な因果関係の物理的原理に基づいた理論を提唱することにかかっていた。ブラウンの謎の力に関する主張は、この分野を危険にさらす危険なナンセンスだった。彼らは、彼の測定は十分に正確ではない、あるいは彼が非常に複雑なデータの中に、実際には存在しないパターンを見ているのだと主張した。しかし、ブラウンはカリスマ性と明晰さを持ち、世論を動かしていた。

何かをしなければならなかった。

最初の大きな打撃は1957年、米国の主要科学誌『サイエンス』に掲載された衝撃的な論文によってもたらされた。著名な生態学者ラモント・コールが、乱数を操ることで「ユニコーンの外因性リズムを発見した」と主張したのだ。この風刺はブラウンとそのチームに向けられたもので、そのメッセージは明確だった。彼らの研究結果は、ユニコーンそのものと同じくらい空想的なものだったのだ。これは前例のない個人攻撃であり、「私たちに大きな衝撃を与えた」とブラウンは後に回想している。「私たちは至る所でこの論文の含みに遭遇した」。1959年、ハルバーグは、現在この分野を定義する用語「概日リズム」を作り出した。

24時間周期を指すとよく言われますが、これは正確ではありません。ラテン語で「約1日」を意味する言葉に由来し、ハルバーグはブラウンの理論の重大な欠陥、つまりほとんどの自由循環的な日周リズムは正確に24時間ではないことを強調するためにこの言葉を選びました。1960年6月、ニューヨーク市近郊のコールド・スプリング・ハーバーで開催された生物時計に関する権威ある会議で、緊張は頂点に達しました。

この出来事は、現在では時間生物学の決定的瞬間とみなされています。ピッテンドリグらは、概日リズムは内在的かつ自立的であり、時計の歯車に似た振動する生化学的メカニズムによって制御されているというビジョンを打ち出しました。新しい用語と確固たる理論的枠組みを備えたこの若い分野は、すべてが順調に見えました。ただ一つ問題がありました。ブラウンです。彼は当初招待されていませんでしたが、それでも出席しました。宇宙からの刺激によって駆動されるコアペースメーカーを主張する唯一の講演者だったのです。彼は、概して敵対的な聴衆に直面しました。

ブラウンの主張の一つは温度に帰着した。生物リズムのタイミングは、たとえ劇的な温度変化に対しても驚くほど耐性があることに、皆が同意した。カニは体色を変え、ハエは蛹から羽化する。気温の高低に関わらず。一定の条件で保存された乾燥種子は、氷点下20度であろうと50度であろうと、発芽能力に年間リズムが見られた。しかし、生化学反応の速度は温度によって大きく変化し、一般的に10度上昇するごとに速度は倍増するとブラウンは指摘した。彼のライバルたちは、生化学的メカニズムがどのようにしてそのような影響を受けない時計を作り出すのか、全く説明できなかった。一方、太陽と月が駆動する外部の不変のシグナルは、この特性を完璧に説明できる。体内時計の存在を主張することは、「幽霊を追う」危険を冒すことだと彼は警告した。ピテンドリは、幽霊を追っているのは、彼の神秘的で微妙な影響力を持つブラウンの方だと反論した。

会議の後、ブラウンは自分の論文がますます却下され、同分野の他の研究者が彼の研究を全く引用しなくなったことに気づいた。ブラウンによると、ハルバーグは最終的に、この頃、ライバルたちがこの分野の発展のために彼の論文をブロックし、無視し、あるいは信用を失墜させることに内々で同意していたことを認めたという。それが正しいかどうかはともかく、彼らはブラウンとそのアイデアに関わることを確実に避けた。それ以来、ブラウンはまるで存在しなかったかのようだった。

ブラウンと彼が提唱した宇宙からの手がかりは排除され、生体リズムの研究は概日時計の研究へと移行した。この分野は、生命の仕組みに関する私たちの理解を一変させた。例えばアショフは、太陽から遮断された人間に何が起こるのかを調べるため、先駆的な一連の実験に着手した。第二次世界大戦中の古いバンカーで予備研究を行った後、1964年にバイエルン州の丘の中腹に専用の隔離施設を建設した。物理学者の同僚リュトガー・ヴェーバーと協力し、学生たちを数週間にわたって閉じ込め、モーションセンサーや直腸プローブなどの一連の機器で追跡調査を行った。防音室は居間、シャワー、小さなキッチンを備え、快適だったが、時計、ラジオ、電話といった時刻を示すものはすべて排除された。

ウェーバー氏に観察された最初のボランティアは、アショフ氏自身だった。10日間の滞在を終えて解放された時、最後に目覚めたのが午後3時だったことに「非常に驚いた」という。その後、300人以上のボランティアがそれぞれ3～4週間「地下に潜った」。

アショフ氏は、他の種と同様に、被験者の日周リズムは一定の条件下でも継続していることを発見しました。これは、人間にも生来の概日時計があることを示していました。外界からの情報が遮断されると、睡眠覚醒サイクルは通常、太陽の1日よりもわずかに遅くなり、平均約25時間でした。

何年もかけて、彼とウェバーは、この周期を明るい光、温度、社会的合図などの信号に従うように訓練できることを示した。ボランティアのうち数名は、睡眠パターンが大きく変動し、本人は気づいていなかったものの、日の長さは最大 50 時間に達した。しかし、体温や代謝物の排泄などの生理機能は、ほぼ常に 24 ～ 26 時間という狭い範囲内で変動し続けた。つまり、睡眠覚醒パターンが生理機能と調和しなくなることになり、アショフはこの現象を「非同期化」と呼んだ。これは彼の最も重要な発見の 1 つであり、体内には複数の時計があり、それぞれが異なる機能を駆動していること、そして適切な外部からの合図がないとそれらが連携しなくなる可能性があることを初めて示唆した。ボランティアはこのことが起こると気分が悪くなると報告したため、定期的なシフト勤務などにより太陽とのつながりを断つことは、健康に有害な結果をもたらす可能性があるとアショフは警告した。

体内時計の仕組みに関する最初の手がかりは、1971年、大西洋を越えて、ショウジョウバエの日周リズムを研究していたカリフォルニアの大学院生からもたらされました。ロナルド・コノプカは、時間を計る能力を失った3種類の突然変異体ハエを単離しました。1種類はリズムが29時間に遅くなり、1種類は19時間に短すぎ、もう1種類は周期が全くありませんでした。その結果、3種類全てが同じ遺伝子に異なるエラーを抱えていることが判明し、この遺伝子は後に1984年に他の研究者によって特定されました。彼らはこの遺伝子を「period（周期）」と名付け、それがコードするタンパク質の量が24時間ごとに増減することを発見しました。ついに彼らは体内時計の仕組みを垣間見ることができました。時間生物学者たちは、まさに「幽霊」を見つけたのです。

それ以来、多くの時計遺伝子が発見されてきました。それらは複雑なフィードバックループのネットワークの中で互いに制御し合うタンパク質をコードしており、最終的にブラウンが不可能と考えていたもの、つまり太陽の周期に合わせてほぼ1日に1回脈動する一定の周期を生み出しました。同様のシステムはショウジョウバエだけでなく、細菌から人間まで、あらゆる生物に見られます。これらの太陽時計は、動物に摂食、運動、睡眠、消化のタイミングを指示します。植物は夜間にデンプン貯蔵量を節約し、夜明けに光合成装置を稼働させることができます。菌類には胞子形成のタイミングを、昆虫には蛹から羽化するタイミングを指示します。そして、何千種もの海洋プランクトンには夜明け前に沈み、毎晩水面に浮上するよう信号を送ります。これは地球上で最大の生物量移動です。日の出と日の入りの時刻の変化を追跡することで、これらの時計は季節の変化も制御し、生物に正確な移動、脱皮、繁殖のタイミングを指示します。

一方、人間においては、概日リズムの研究が医学で最もホットな分野の一つとなっている。体内時計は睡眠パターンだけでなく、消化、血圧、体温、血糖値、免疫反応、さらには細胞分裂といった身体機能も調節している。アショフが警告したように、これらのリズムを無視すれば危険にさらされる。最初の人工照明が点灯されてから2世紀が経ち、私たちのライフスタイルは日の出と日の入りの24時間周期からますます乖離してきた。私たちの多くは夜更かしし、シフトは変動し、タイムゾーンを行き来している。日中は薄暗いオフィスで働き、夜はコンピューター、テレビ、スマートフォンの光にさらされている。これは問題だ。なぜなら、私たちの体内時計は独立して動くことができるが、外部からの刺激によって強化されなければ、大きく軌道から外れる可能性があるからだ。

2017年、時間生物学は究極の科学的評価、すなわちノーベル賞を獲得しました。これは、周期遺伝子を特定した研究者たちの受賞です。著名な生物学者ポール・ナースは、「この惑星に住む私たちは太陽の奴隷です」と述べています。「概日時計は私たちの活動メカニズム、代謝、あらゆるところに埋め込まれています。」

では、ブラウンのカキが天空を追うことができたのは、一体何の不思議な力によるものだったのだろうか？科学者たちは、月の光のパターンの変化や潮汐への影響を通して、自然界における同期の力として月の重要性をますます認識しつつある。しかし、この実験では、カキはこうした手がかりから遮断されていた。ブラウンは、メカニズムを示唆しない限り、ライバルたちは真剣に受け止めないだろうと分かっていた。そこで彼は、1959年の夏をニューイングランド沿岸の干潟で採取した3万4000匹のカタツムリの這う動きを注意深く観察した。そして、カタツムリが異なる方角を識別できることを発見し、驚愕した。

それだけでなく、彼らの好みの向きは、太陽と月の日によって時間とともに変化しました。彼は磁石を使ってこの行動に影響を与えたり、妨害したりすることができました。そしてついに、動物が密閉された実験室でさえ現地時間を感知できる理由を説明できると確信しました。彼らは地球の磁場の日々の変化を感知していたのです。

この磁場は主に、地球の外核内を循環する溶融鉄によって生成されます。全体として、地球が巨大な棒磁石を持ち、一方の極が北、もう一方の極が南であるような形をしています。しかし、天候や磁気嵐、そして太陽と月の動きといった外的要因の影響も受けます。太陽からの放射線は上層大気中の原子を電離させ、自由電子を生成します。同時に、太陽の熱は大気中の潮汐風を引き起こし、これらの荷電粒子を地球の磁力線を越えて移動させます。結果として生じる電流は独自の磁気を生み出し、それが地球のより大きな磁場に重ね合わされた 24 時間のさざ波となります。月の重力により、同様の小さなさざ波が毎月発生します。これらの影響は相互作用し、大潮と小潮の時期にピークと谷を作り出します。また、これらは上層大気に降り注ぐ太陽光の量にも左右されるため、緯度や季節によって変化します。

地球の地磁気は非常に弱く、標準的な冷蔵庫のマグネットの約100分の1ほどしかありません。太陽と月の潮汐はさらに小さいのです。ブラウンは、動物が磁気感覚を持っている可能性を示唆した最初の研究者の一人でしたが、彼の研究対象であるカタツムリがどのようにしてそのような微妙な変化を感知できるのか、全く理解していませんでした。

しかし彼は、それが宇宙からの外部シグナルに関する自身の理論を決定づける証拠となる可能性を確信していた。1960年の生物時計シンポジウムで、彼は興奮気味に研究結果を発表し、生物は微弱な磁場に対して驚くほど敏感であると聴衆に語った。目には見えないが、私たちは皆、地球、太陽、月の相対的な位置関係に応じて変化する波、潮汐、さざ波といった電磁波の海に浸っており、生物は太陽系の状態や時刻と常に連動していると彼は主張した。

しかし、この衝撃的な発言はライバルたちを納得させることはなかった。むしろ、ブラウンに対する彼らの反感を強めた。生化学的体内時計の研究のための厳密な原理を打ち出していた当時、微妙な磁気感覚という概念は到底受け入れられるものではなかった。彼らはブラウンを公の場では拒絶したが、彼のアイデアを完全に無視したわけではなかった。むしろその逆だった。

アショフは非同期化に関する自身の論文の中で、遮蔽実験や電磁場の明らかな役割については何も言及していない。

アショフとウェバーがわずか数年後に建設した有名な地下シェルターについて、今日ではほとんど語られることはないが、そこには地下室が一つではなく二つあった。並列に並んだ二つの部屋はほぼ同じで、ベッド、キッチン、レコードプレーヤーも揃っていた。しかし、非常に重要な違いがあった。一つはコルク、コイル状のワイヤー、グラスウール、そして鋼鉄でできた頑丈なカプセルに完全に閉じ込められており、電磁波は一切通過できなかった。つまり、内部に住む者は地球の磁場から完全に遮断されていたのだ。その目的は、遮蔽物がボランティアの体内時計に影響を与えないことを示し、ブラウンの誤りを最終的に証明することだった。

1964年から1970年にかけて、80人以上のボランティアが2つのユニットに滞在しました。アショフの予測通り、彼らの概日リズムは維持されました。しかし、問題がありました。2つのグループの結果は同じではありませんでした。時計や太陽光から遮断されながらも磁場にさらされている、遮蔽されていないバンカーでは、人々の睡眠と覚醒のパターンは太陽の周期から外れ、平均24.8時間に達しました。

しかし、磁場も遮断されると、被験者の概日周期はさらに悪化しました。昼の長さはさらに長くなり、個人差も顕著に大きくなりました。そして、異なるリズムが乖離する可能性も大幅に高まりました。前述のように、アショフは脱同期化を自身の重要な発見の一つとして主張しました。しかし、この6年間、脱同期化は地球の磁場から遮断された遮蔽されたバンカー内でのみ発生しました。ウェバーは、被験者を同様の人工磁場にさらすと、これらの影響がすべて逆転することを発見しました。

結果は、外界からの電磁情報とは無関係に独立して作動する体内時計が私たちにはあることを証明した。しかし、明らかにそれだけでは済まなかった。被験者たちは地球の極めて弱い磁気を意識的に知覚することはできなかったものの、結果は彼らの体が何らかの形でそれを感知し、それが彼らの体内時計の働きに大きな影響を与えていることを示唆していた。ウェバーは1970年代に、今では忘れ去られた一連の論文でこのデータを発表した。ウェバーによれば、これは「注目すべき」結果であり、人間が自然磁場の影響を受けるという初の科学的証拠だったという。しかし、アショフはそれらの論文に自分の名前を挙げず、脱同期に関する自身の論文でも、この遮蔽実験や電磁場の明らかな役割については一切触れていない。

第二の部屋の存在は大部分忘れ去られ、磁気実験などなかったかのように概日リズムの研究が続けられました。

これらの研究者が磁場との関連性を無視していたのと同じように、他の生物学者たちも、その疑わしい意味合いにもかかわらず、磁場の影響について検討せざるを得なくなっていた。彼らは、カメやサンショウウオから鳥やハチに至るまで、多くの動物が地球を横断する驚異的な移動能力を研究していた。毎年何百万匹ものオオカバマダラが、どのようにして北米から数千マイルも離れたメキシコ中央部のモミ林へと辿り着いたのだろうか？

外洋で育ったメスのアカウミガメは、10年以上前に孵化した同じ浜辺にどうやって産卵に戻ってくるのでしょうか？レース鳩は、一度も訪れたことのない遠く離れた場所から、どうやってまっすぐ故郷へ帰れるのでしょうか？

1950年代以降、生物学者たちは多くの種が天体からの信号を解読することに長けていることに気づき始めていました。蝶は太陽を追い、蛾は月を追います。ムクドリは星が回転する天の極から北を向きます。フンコロガシは、天の川の輝く筋を基準に、糞玉を一直線に転がします。動物たちはしばしばこれらの視覚的な手がかりと体内時計の情報を組み合わせることで、時刻を補正しています。彼らは広大な宇宙における自分の位置を把握しており、回転する天空を単に時間を知るためだけでなく、地球を移動するためにも利用しているのです。

しかし、これだけでは多くの種の行動を説明するには不十分でした。空が曇っていても、まだ方向を定めている種もいたのです。太陽光や月光の偏光パターンを感知し、雲を通してでも太陽や月の位置を正確に特定できる種もいることが判明しました。そして1972年、ヴォルフガング・ヴィルチコというドイツの大学院生が、地球と同程度の強度の人工磁場が、コマドリの渡りの方向を乱したり変えたりできることを示しました。これは、ハトやスズメからロブスターやイモリに至るまで、動物たちが地球が宇宙で自転する際に発生する磁力線に敏感であるという証拠が次々と明らかになるきっかけとなりました。ヤマネやモグラネズミは巣を作る際に磁力線を利用し、牛やシカは草を食む際に磁力線に沿って体を向けます。犬は理由は分かりませんが、用を足す際に北か南を向く傾向があります。カメなどの他の種は、磁気地図感覚を持ち、方向だけでなく位置も把握しているようです。どうやら、生命は目に見えない電磁気の世界と本当につながっているようです。

もちろん、当初は懐疑的な見方が大きかった。自然磁場は生物組織に影響を与えるには弱すぎると考えられていたため、一体どうやって信号を検出できるというのだろうか？ 生命は方法を見つけた。いや、実は複数の方法がある。魚は電気的な解決策を持っている。ゼリー状の管網を使って磁場の中を泳ぎながら電流の流れを測定するのだ。もう一つの方法は物理的な力を使う。1975年、研究者たちは「磁性細菌」を発見した。この細菌は、微小な磁性結晶の鎖をコンパスの針のように使い、磁力線に沿って自らを誘導する。

1978年、ドイツの生物物理学者クラウス・シュルテンは、量子効果の影響を受ける一連の難解な化学反応を研究した後、3つ目の可能性を示唆しました。電子は物理学者が「スピン」と呼ぶ量子特性を持っており、シュルテンは光エネルギーがどのようにして短寿命の「ラジカル」対の形成を引き起こすかを研究していました。「ラジカル」とは、孤立電子を持つ分子で、同じ方向または反対方向にスピンすることができます。

これら2つのスピン状態は化学的に異なり、電子がそれぞれの状態に留まる時間は磁場によって影響を受ける可能性があります。そのため、磁場が化学反応に直接影響を与えるには弱すぎる場合でも、光は励起状態を作り出し、その結果を左右する可能性があります。ハエが石にぶつかっても動かせない状況を想像してみてください。石の端でバランスをとっている場合、ハエがちょうど良い位置とタイミングで石にぶつかるだけで、石を傾け、はるかに大きな効果を生み出すことができるかもしれません。

それは誰もが不可能だと思っていたことの好例だった。極めて弱い磁場が、神経系が感知できるほどの強力な化学反応を引き起こすメカニズムだ。「もしかしたら、生物学者たちが探し求めていたのは体内のコンパスなのかもしれないと思いました」とシュルテン氏は語った。

しかし、ラジカル対を形成できる受容体は生体内に知られておらず、彼がその理論を著名な科学誌『サイエンス』に投稿したところ、即座に却下された。「もっと大胆でない科学者なら、この研究論文をゴミ箱行きにしていただろう」と、ある査読者は述べた。

20年後、ショウジョウバエを研究する生物学者たちは、青色光にさらされるとラジカル対を形成するクリプトクロムと呼ばれるタンパク質を発見しました。クリプトクロムは現在、植物から魚類に至るまで、あらゆる生物に広く存在することが知られており、昆虫の触角や哺乳類、鳥類の網膜にも見られます。また、いくつかの種において、クリプトクロムが磁気感知とナビゲーションに実際に関与していることを示す確かな証拠があります。研究者たちは、鳥類が特定の方向を向いているとより明るい像を知覚することで、磁力線を「見る」ことができるのではないかと示唆しています。

人間にもクリプトクロムが存在します。最近まで、ほとんどの科学者は人間は磁場を感知できないと同意していました。しかし2011年、研究者たちはヒトのクリプトクロムタンパク質を、ヒトのクリプトクロムを欠損したショウジョウバエに移植したところ、ショウジョウバエの磁気感知能力が完全に回復することを発見しました。この発見は、ウェーバーの考えが正しかったことを示唆しています。たとえ意識的に感知していなくても、私たちの体は磁場に敏感なのです。そして、本当に興味深いのは、クリプトクロムが磁気センサーとしてではなく、全く別の理由でよく知られていることです。それは、体内時計の重要な構成要素でもあるということです。

体内時計機構が磁気に敏感であるというこの発見はまだごく新しいもので、磁場が私たちの時間感覚に影響を与えているのか、あるいはどのように影響を与えているのかは、まだ正確には解明されていません。一つの説は、ブラウンが当初示唆したように、少なくとも一部の種は地球の潮汐力の日々の変化を利用して時間を把握しているというものです。他の説は、この関連性は時計が温度変化に抵抗する仕組みに関係しているのではないかと考えています。これはブラウンが提起したものの、完全には解明されていない疑問です。温度補償が失われると、体内時計は継続するものの、安定性が低下し、変動が大きくなり、分離し始めると考えられます。これは、磁場から遮断されたバンカーでウェーバーが発見したのと全く同じです。

結局のところ、温度に関係なく体内時計が機能するのは、太陽と月の影響を受ける地球の磁場などの外部からの刺激によるものなのかもしれません。必ずしも行動を直接動かすわけではありませんが、時計の基本的な「カチカチ音」を鳴らします。

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