سنة 1998 م، تم اكتشاف البروتين الصبغي كربتوكروم (Cryptochrome) في عيون حشرات ذباب الفاكهة Drosophila ودوره في الإيقاع اليومي (Circadian rhythm) المعتمد على الضوء. الكربتوكرومات (Cryptochromes) هي بروتينات فلافينية تعمل كمستقبلات ضوئية، شُخَّصَت أولا في النبات النموذجي الخردل Arabidopsis thaliana حيث تلعب أدوارًا مهمةً في النمو والتميُّز، ثم تم تشخيصها في الأحياء البدائية النواة، والعديد من الأحياء الحقيقية النواة. وتعمل هذه المركبات في الإيقاع اليومي للحيوانات، والتحسس المغناطيسي في الطيور المهاجرة. والكربتوكرومات شديدة القرب من الإنزيمات المحللة ضوئيا Photolyases التي هي تطور بروتينات فلافينية قديمة تحفّز تصليح الـ DNA المعتمد على الضوء (2011 .Chave et al). وكان (2008) ,.Hebest et al قد أشاروا إلى أن المجال المغناطيسي يؤثّر على زوج الجذور المتكون ضوئيا من الفلافين – تربتوفان في الـ Photolyases في البكتيريا Escherichia coli.

وجدت أربعة أنواع من الكربتوكرومات في عيون الطيور هي: Cry1a وCry1b وCry2 وCry4. وتشير المعطيات إلى أن Cryla هو الجزيئة المستقبلة للضوء والمحدّدة للاتجاه (2019) wiltschko & Wiltschko.

أثبت الباحثون (2018) ,Zeng et al الاستجابة المغناطيسية لكربتوكروم 1 المثبت على قطب كهربائي من الذهب عند تعريضه للضوء الأزرق وباستخدام جهاز قياس الفولتية، قدموا الدلائل على تحفيز المجال المغناطيسي لنقل الإلكترون المحفز ضوئيا من الكربتوكروم 1 إلى القطب المغناطيسي مظهرًا معدَّل استجابة مغناطيسيا ثابتا وتيارا كهربائيا متغيرًا. كما أن آلية نقل الإلكترون المتضمنة تكوين جذورٍ محفزة ضوئيا في الكربتوكروم تكون حسّاسة للمجال المغناطيسي الضعيف. وإن الجذر الحر الطويل البقاء ^–FAD^● هو المسؤول عن تيار فاراداي الإلكتروكيميائي الذي تم كشفه. وكمستقبل للضوء، فإن كشف وجود معدل ثابت تغيّر بنسبة 5.7% بنقل الإلكترون مقابل مجال مغناطيسي 50 ميكروتيسلا له معنى مهم في إشارات المجال المغناطيسي وعملية الإيقاع اليومي تحت تأثير المجال المغناطيسي.

ومعروف أن الكربتوكروم يمكن أن يُكوِّن جذورًا حرة عند تفاعله مع الضوء. سنة 2000 م، نشر فريق Schuten بضمنهم Ritz et al., 2000) Thorsten Ritz) بحثًا مهما حددوا فيه الكربتوكروم على أنه المستقبل الذي يعمل في البوصلة المغناطيسية للطيور. كما أن تحديد موقع الطيور في مجال المغناطيس الأرضي يعتمد على الرؤية.

يعتمد عمل هذه المنظومة على امتصاص فوتون من الضوء الأزرق من قبل جزيئة الصبغة الحساسة للضوء FAD الموجودة في جزيئة البروتين كربتوكروم حيث يعاني تفاعلات أكسدة – اختزال تُستخدم طاقة الفوتون لإطلاق إلكترون من إحدى ذراتِ جزيئة FAD مخلّفة فراغًا إلكترونيًا ليتكون شبه الكينون FADH مُكوِّنا الجذر الأول. هذا الفراغ يمكن أن يُملأ بإلكترون آخر يُمنَح من زوج من الإلكترونات المتشابكة كموميا في جزيئة الحامض الأميني تربتوفان (Tryptopha) ضمن جزيئة الكربتوكروم حيث يعاني مزيدًا من الاختزال الضوئي مُكوِّنا –FADH والذي ستُعاد أكسدته بمعزل عن الضوء. وخلال هذه العملية يتكون الجذر الثاني (2019),Wiltschko & wiltschko. مع التشديد على أن الإلكترونين يبقيان متشابگین کموميًّا (شكل 11-8). وهكذا يمكن لهذين الإلكترونين أن يكونا حالات تراكب منفردة (Singlet) / ثلاثية (Triplet) والتي هي المنظومة الكيميائية الفائقة الحساسية للمجال المغناطيسي، والتي سبق الحديث عنها والتي يتمكن الطير بواسطتها من تحديد موقع القطب المغناطيسي الأقرب.

شكل 11-8: الكربتوكروم (Cryptochrome) هو المستقبل المغناطيسي المعتمد على زوج الجذور. (a) المكونات الرئيسة لهذه الصورة المظهرة للكثافة الإلكترونية هي حامل الصبغة فلافين أدنين ثنائي التيوكليتيدات FAD) Flavin adenine dinucleotide) وثلاث جزيئات من الحامض الأميني تربتوفان (Tryptophan) المشتركة في اختزال حامل الصبغة المذكور إلى FADH b)) بعد إثارة الكربتوكروم بواسطة فوتون الضوء الأزرق، ينتقل الفراغ من FADH عبر سلسلة وحدات الحامض الأميني تربتوفان (خطوات التفاعل موسمة بثوابت الزمن، والتربتوفان بزمن بقاء حالة جذورها). البَرم المغزلي للإلكترون S1 وS2 يسبق المجال المغناطيسي الموضعي المتكون بفعل المجال المغناطيسي الخارجي B ومساهمة I1 وI2 من البرم المغزلي النووي على الجذرين إرجاع الفراغ من تربتوفان 324 إلى FADH يُخمد الحالة الفعالة للكربتوكروم لكن ذلك يحدث فقط عندما يكون البرم المغزلي لإلكتروني الجذرين في الحالة المنفردة (singlet). عن: (2008) Johnsen & Lohmann.

تمكن (2007) ,.Liedoge et al من عزل الكربتوكروم (a1 Cryptochrome) من شبكية طائر الدخلة Sylvia borin بطرق جزيئية وأثبتوا أن هذه الفلافوبروتينات تُستثار بواسطة الضوء في الطيف الأزرق مؤديةً إلى تكوين الجذور الحرة وفترة بقائها بحدود الملي ثانية (ms) ، ومؤكِّدين أن هذه الخواص البيوفيزيائية تُرشّح هذا البروتين كوسيط ضوئي أساسي نموذجي، وكمُستقبل بوصلة مغناطيسية تعتمد أزواج الجذور.

ويُشير (2014) wiltschko & wiltschko إلى أن Cryla في عين الدجاج وطيور أبو الحناء الأوروبي، يُوجَد في أغشية الأقراص في الأجزاء الخارجية لمخاريط –UV. وتُبيِّن الدراسات النسيجية المناعية أنها تنشط بالأطوال الموجية من الضوء، التي تسمح بتوجيه البوصلة المغناطيسية في الطيور. ويُظهر الشكل 11-9 وجود هذا البروتين في الشبكية واستجابته للأطوال الموجية المختلفة من الضوء.

شکل 11-9: كمية كربتوكروم Cry1a النشط والموسم بمصل مضاد معين في شبكية عين الدجاج بعد تعريضه للضوء بأطوال موجية مختلفة. UV: 373 nm B  UV,: 242 nm ضوء أزرق، T: 205 nm ضوء تركوازي، G: 565 nm ضوء أخضر ، Y: 590 nm ضوء أصفر، R: 635 nm ضوء أحمر. عن (2014) wiltschko & wiltschko.

علاوةً على تأكيد (2010) .Stapput et al على اعتماد البوصلة المغناطيسية للطيور في تحديد اتجاهات طيرانها على الضوء؛ فإنهم بينوا أن معلومات تحديد الاتجاه التي يحصل عليها الطير، تتم بواسطة العين اليمنى؛ فباستخدام ورق لتغطية العين حيث تُستخدم أوراق لا تشوش الرؤية ، أو أوراق تشوشها بنسبة 70%، تبين أن تغطية العين اليسرى بورق يشوِّش الرؤية لا يؤثر على تحديد طيور أبو الحناء الأوروبي Erithacus rubecula لاتجاهات طيرانها، لكن تغطية العين اليمنى بورق يشوش الرؤية يؤدي إلى تشويش قدرتها على تحديد الاتجاه.

انتبه باحثون إلى طبيعة الضوء الذي تتحسّسه أزواج الجذور في البوصلة الكيميائية؛ فالأبحاث السابقة في هذا المجال تعتبر أن الضوء الذي ينشّط أزواج الجذور، وبالتالي عمل البوصلة الكيميائية وتحسس المجال المغناطيسي، هو غير اتجاهي وغير مستقطب، وأن امتصاص الضوء يكون متجانس الاتجاه (Isotropic)؛ فقد بين (2016) ,Muheima et al  أن ضوء السماء الطبيعي يدخل شبكية عيون الطيور باتجاه أُحادي عبر القرنية والعدسات، ويكون مستقطبًا جزئيًا. كما أن جزيئات الكربتوكروم تمتص الضوء المستقطب باتجاه محدَّدٍ ما يوحي أن البوصلة المعتمدة على الضوء هي صميميا حساسة للاستقطاب. وتم إثبات هذه الفرضية بتجارب سلوك طيور الفنجز Taeiopygia guttata وتحسسها للضوء المستقطب وغير المستقطب المسلَّط من أعلى؛ فقد توجهت الطيور جيدًا عند تسليط الضوء المستقطب حيث يكون محوره موازيًا للمجال المغناطيسي الأرضي. غير أن توجه الطيور يُشوّش عند تسليط الضوء المستقطب بمحور عمودي على المجال المغناطيسي الأرضي.

وتظهر التجارب حول سلوك الطيور ثلاث خصائص لبوصلتها المغناطيسية:

(1) تعمل تلقائيًا ضمن نافذة وظيفية ضيقة حول شدة المجال المغناطيسي المحيط، لكنها يمكن أن تتكيف مع الشدات الأخرى.

(2) أنها بوصلة ميل Inclination compass) لا تعتمد على قطبية المجال المغناطيسي، وإنما على الطبيعة المحورية لخطوط المجال.

(3) تحتاج إلى ضوء بموجات قصيرة من الأشعة فوق البنفسجية إلى اللون الأخضر. (Wiltschko & Wiltschko, 2014) 565 nm.