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科技日报记者 赵汉斌 春夏秋冬，四季轮回。为了寻找充足的食物、躲避不利环境，或返回有利于生存繁衍的家园，候鸟、海洋动物以及部分陆生动物群落，每年会如期展开波澜壮阔的迁徙之旅。 很早以前人们就知道，迁徙性动物并非依赖视觉观察太阳、星辰完成长距离旅行，也会利用感应磁场机制，引导自己朝正确方向前进。 然而近日，英国曼彻斯特大学和莱斯特大学的科学家，在《自然》杂志发表的一项发现，揭示了磁感应比人们过去认知的要更加普遍，磁感应并非那些远距离迁徙动物的“专利”，可能所有动物都有感应磁场的能力。
红嘴鸥和棕头鸥是云南种群数量最大的候鸟，每年11月，数万只鸥从欧亚大陆北端飞到中国西南的高原湖泊越冬，次年3月离开。图为昆明滇池草海上的鸥群。 科技日报记者 赵汉斌 摄 磁感应器是迁徙动物的“标配” 北极燕鸥每年往返4万公里于南北极、可可西里藏羚羊上千公里大迁徙、黑脉金斑蝶四代接力往返北美大陆…… 在数亿年漫长历史中，地球上的诸多生物演化出利用微弱地磁场在海陆空不同空间、不同尺度上实现精确定向和导航的能力，其科学原理尚待深入揭秘。“迁徙动物如何利用磁场找到回家的路”，被《科学》杂志列为125个尚未解决的重要前沿科学问题之一。 研究发现，有些动物能感受到地磁场并用其导航。探测磁场变化的能力，称为“磁感应”，磁感应的机制至少有两种：第一种是磁晶，这是一种氧化铁的磁形式。这类物质在很多物种中都有发现，如鸽子的上喙，蜜蜂的腹部和鲑鱼的头部，磁晶对磁场强度的改变很敏感。 第二种机制称为“自由基对”模型，人们认为，磁场的改变隐花色素——一种特殊的感光色素中的电子自旋，从而使得磁场的方向被确定，这也更让人将隐花色素视为了“第六感”控制器。1970年代开始，科学家发现有些动物会跟随地球磁场移动，认为自由基对有着不对称的外层电子，并且形成纠缠，这种电子纠缠可以被磁场改变，从而影响动物的生化过程。 鸟类很可能同时具备上述的两种机制，通过喙上的磁性物质感受磁场强度，从而确定地磁北极；而右眼中的隐花色素能帮助它们辨别飞行的方向。这些非比寻常的能力，既是形形色色的动物长期自然选择的结果，也使其代代传递遗传基因成为可能。 隐花色素或不是磁感应的唯一主角 2021年，中外研究团队合作，应用磁共振光谱学等手段，对几种鸟类的磁感应关键蛋白隐花色素进行深入研究，发现迁徙鸟类——如欧洲知更鸟的隐花色素蛋白，对磁场的敏感性显著大于非迁徙鸟类，这种敏感性主要体现在自由基对中纠缠电子自旋状态的改变。相关成果以封面长文的形式发表在《自然》期刊上，引起广泛关注。 研究发现，鸟类视网膜中的隐花色素很可能就是长期寻找的磁感应器，隐花色素中的光敏色素辅基——黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD），吸收一个蓝光光子的能量后，会引起其基团的电子跃迁，导致“电子转移”，而信息也会传递给大脑，让动物作出判断。 然而，典型的隐花色素中心自由基对机制，并不能解释许多生理和行为观察结果。 同样在《自然》期刊上，来自英国曼彻斯特大学和莱斯特大学的科学家新近发表的论文则认为，在隐花色素水平极低的条件下，FAD自己就能发挥磁感应功能，它在“第六感”中并不是配角。借助果蝇模型，他们发现一些生物中的隐花色素有许多氨基酸残基其实缺乏FAD的结合域，但它们仍然足够引发磁感应现象，也就是说，磁感应并非只靠隐花色素说了算。 “这也是最令人震惊的发现，研究者们至少在实验室发现磁感应还有着其他的方式。”论文第一作者亚当·布拉德劳博士说。 人体磁感应机制应用大有前景 “第六感”通常指预感。除了视觉、听觉、味觉、嗅觉和触觉“五感”外，人类还能利用其他感官收集信息，并预知即将发生的事情，而且与当事人之前的经验累积所得的推断无关。通常认为，女性对预知一些事情更加敏感。 2019年3月，加州理工学院的一个团队发表论文，证实人脑能感应到磁场，并对磁场变化做出强烈反应，这也是首次证实人类存在“第六感”。 为此，研究团队特制了一个“法拉第笼”——创建了一个可控的磁场，让志愿者进入其中接受脑电图测试。结果显示，只有在实验磁场和环境磁场方向一致时，受试者大脑才会作出反应。随着磁场方向和大小调整，志愿者脑电波存在显著变化，特别是脑电波中的α波。从实验结果来看，人类并非像之前所说的那样不存在磁感应能力。 布拉德劳等人也指出，尽管FAD让人的细胞对磁场作出响应，但人们却无法察觉。虽然FAD几乎在所有细胞中都存在，但水平高低不同，其水平越高就越可能产生磁感应。 这些新发现，不仅可以推进对磁感应的理解，让研究者更准确地预测人类面对磁场时的反应以及受到的影响，还可能带来新的临床应用，比如通过操控磁场来激活特定的基因，或者用磁场构建可用的临床分子工具。 |
