Photoinduced Radical Pairs in Cryptochromes: Possible Candidates for the Magnetic Compass of Migratory Birds

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Eine Möglichkeit, wie Zugvögel die Stärke und Richtung des Erdmagnetfeldes wahrnehmen können, ist der sogenannte Radikalpaarmechanismus, bei dem die zeitliche Entwicklung kohärenter Spinzustände transienter lichtinduzierter Radikalpaare (RP) eine wichtige Rolle spielt. Kürzlich wurde vorgeschlagen, dass RP mit den notwendigen Eigenschaften für die Magnetfeldperzeption in der Retina von Zugvögeln durch die Lichtanregung von Cryptochromen erzeugt werden. Trotz der großen Zahl indirekter Hinweise steht nach wie vor eine überzeugende Bestätigung dafür aus, dass dieser Mechanismus tatsächlich in der Retina der Zugvögel aktiv ist und für den Magnetkompass dieser Vögel verantwortlich zeichnet. Das Forschungsprogramm beinhaltet die Suche nach und Charakterisierung von Effekten, die Magnetfelder, die in ihrer Stärke dem Erdmagnetfeld deutlich ähnlicher (d.h. kleiner) sind als bei bisherigen Experimenten, auf Cryptochrome haben. Darüber hinaus soll der Frage nachgegangen werden, ob die Oxidation von reduziertem FAD durch molekularen Sauerstoff in Cryptochromen oder Photolyasen magnetfeldempfindlich ist. Weitere Aspekte sind die Untersuchung von Elektronentransferprozessen in Cryptochromen und der Lebensdauer der entstehenden RP während des Elektronentransfers sowie die Untersuchung richtungsabhängiger Reaktionen von Modellsystemen auf ein äußeres Magnetfeld. Letztere dienen dazu, den grundsätzlichen Beweis zu liefern, dass eine photochemische Reaktion als Magnetkompass dienen kann, sowie die für eine optimale Empfindlichkeit notwendigen Eigenschaften solcher Systeme zu untersuchen. Theoretische Aspekte des Forschungsprogramms sind die Untersuchung der Rolle und Wichtigkeit des Quantenzenoeffektes für die theoretische Beschreibung der Kinetik von RP-Reaktionen und die weitere Entwicklung der Theorie der RP im Hinblick auf mögliche Mechanismen, die die Empfindlichkeit sowohl der Detektion als auch der Richtungsabhängigkeit auf schwache angelegte Magnetfelder deutlich erhöhen.