Ils pèsent moins de 50 grammes, volent de nuit sur des milliers de kilomètres et rejoignent leurs quartiers d’hiver sans carte. Depuis plus de 50 ans, les chercheurs se demandent comment les oiseaux migrateurs perçoivent le faible champ magnétique terrestre. L’équipe de QuantumBirds teste une réponse digne de la science-fiction : la boussole pourrait se trouver dans l’œil et fonctionner grâce à des phénomènes quantiques – et à la fin, vous pourrez découvrir quel navigateur vous êtes quand votre téléphone n’a plus de réseau.
Les oiseaux chanteurs migrateurs sont de véritables poids plume. Ils pèsent moins de 50 grammes et parcourent pourtant chaque année, de nuit, des milliers de kilomètres pour rejoindre leurs quartiers d’hiver. En chemin, ils utilisent plusieurs systèmes de navigation à la fois : ils observent les étoiles, mémorisent des repères et suivent leur odorat. De plus, ils sont capables de percevoir la direction du faible champ magnétique terrestre.
Et c’est là que le problème commence. La recherche sur ce sens dure depuis plus de 50 ans et son mécanisme reste inconnu. On sait qu’il fonctionne. On ignore comment.
C’est précisément cette question que le projet QuantumBirds, financé par le Conseil européen de la recherche et coordonné par l’université d’Oxford, a prise à bras-le-corps. Pendant sept ans, des spécialistes de domaines très différents y ont travaillé : mécanique quantique, chimie du spin, biologie comportementale et biochimie.
L’hypothèse qu’ils ont testée est audacieuse. Les oiseaux verraient littéralement le champ magnétique grâce à des réactions chimiques se produisant dans l’œil. Peter Hore, l’un des principaux chercheurs du projet, ne cache pas que cela paraît étrange : « À première vue, l’idée qu’une réaction chimique puisse servir de boussole semble absurde ».
Rien d’étonnant. Comme l’explique Peter Hore, la force de l’interaction d’une seule molécule avec le champ magnétique terrestre n’est qu’un millionième de celle d’une liaison chimique typique. Un tel stimulus semble bien trop faible pour changer quoi que ce soit.
La clé se trouve dans des protéines appelées cryptochromes, présentes dans la rétine des oiseaux. Selon les chercheurs, sous l’effet de la lumière s’y forment des paires radicalaires – des systèmes de molécules éphémères où se produisent des phénomènes relevant plutôt de la physique quantique que de la biologie.
« Lorsque la lumière frappe ces protéines, les paires radicalaires formées se trouvent dans un état de superposition quantique », explique Peter Hore. Et il ajoute : « Dans cet état quantique particulièrement fragile, le rendement de la réaction chimique est extrêmement sensible à l’orientation d’un champ magnétique externe ».
Autrement dit, l’efficacité de la réaction dépend de la façon dont l’oiseau est orienté par rapport au champ terrestre. Et comme tout se passe dans l’œil, l’information arrive directement là où il le faut. « Les informations de navigation sont ainsi directement encodées dans le système visuel de l’oiseau », affirme Peter Hore.
La théorie, c’est une chose, mais il fallait des preuves. L’équipe a montré que le cryptochrome-4a du rouge-gorge européen est sensible aux faibles champs magnétiques. Les chercheurs y voient la première preuve directe que cette molécule possède une telle propriété. Pour l’hypothèse de la boussole quantique, c’est un solide point d’appui.
Pour regarder aussi profondément dans l’œil d’un oiseau, les chercheurs ont d’abord dû construire leurs propres outils. Parmi eux figuraient :
Ce dernier est particulièrement important, car il permet d’observer non seulement les protéines elles-mêmes, mais aussi la réaction des cellules nerveuses.
Au passage, quelque chose de surprenant est apparu. La partie interne de la rétine des oiseaux fonctionne en permanence en situation de déficit d’oxygène. Cela explique pourquoi l’étude de cette partie de l’œil a avancé si difficilement pendant des décennies : le laboratoire ne reproduisait pas les conditions d’un organisme vivant.
Les chercheurs préparent à présent une expérience censée trancher la question. « Nous sommes sur le point d’obtenir une réponse définitive grâce à une expérience sophistiquée de substitution isotopique », annonce Henrik Mouritsen, l’autre chercheur principal.
L’idée est de remplacer, dans les molécules de flavine de l’œil de l’oiseau, le carbone 12 naturel par du carbone 13, plus lourd. Les simulations informatiques ont montré qu’un tel remplacement devrait modifier la façon dont les oiseaux réagissent aux perturbations causées par les ondes radio. L’équipe sait déjà introduire des flavines au carbone 13 dans les yeux des oiseaux et mène des tests comportementaux pour voir si ce changement influe sur leur orientation.
L’enjeu est de taille. « Si les résultats sont concluants, ils apporteront une preuve irréfutable de l’existence de cette boussole quantique », souligne Henrik Mouritsen.
Bien qu’il s’agisse de recherche fondamentale, ses résultats peuvent servir à des fins très pratiques. Comprendre comment les oiseaux migrateurs choisissent leur direction pourrait aider à les orienter vers des habitats résilients face au changement climatique plutôt que vers des sites dégradés. Des mécanismes semblables agissent dans les LED organiques : on pourrait en tirer des capteurs magnétiques peu coûteux et non toxiques. Autre piste : des systèmes de navigation qui fonctionnent là où le signal GPS est bloqué ou perturbé.
Les oiseaux chanteurs pourraient porter dans leurs yeux une boussole quantique. L’équipe de QuantumBirds a montré que le cryptochrome-4a du rouge-gorge réagit à un faible champ magnétique, a construit de nouveaux instruments et a découvert que la rétine interne vit en manque d’oxygène. L’expérience sur le carbone doit apporter la réponse définitive et inspirer des idées pour la protection de la nature et la navigation sans GPS.
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