人靠視覺、聽覺、嗅覺、味覺和觸覺感知周圍的世界。許多其他動物卻還有一種「第六感」——感知地磁場的「磁覺」。擁有磁覺就像內建指南針，讓候鳥、海龜、鮭魚、帝王蝶等動物可以長途跋涉不迷路。
然而， 這種「第六感「是怎麽來的？生物體內哪種組織負責感應磁場方向？ 盡管科學家們在數十年的研究中提出過不少猜想，但始終缺少充分的證據，動物如何感知地球磁場成為了一個持久的謎題。
近日，德國奧頓堡大學、英國牛津大學、中國科學院合肥物質科學研究院等多國研究機構的科學家合作，在頂尖學術期刊【自然】上發表文章，證明了 在鳥類視網膜中發現的一種蛋白——隱花色素（Cry4）對磁場很敏感，很可能正是長久以來人們尋求的磁感應器 。【自然】同時刊發的評論文章認為， 研究人員提供的這些證據「讓我們離解開磁感應之謎不遠了」 。
在這項研究中，科學家們首次在實驗室中成功獲得了歐亞鴝的Cry4蛋白，為理解鳥類如何感知地磁場推進了重要一步。歐亞鴝（qú），俗稱知更鳥，是一種典型的夜間遷徙的候鳥。早在2000年，科學家們基於理論計算，提出了一種假設，這類候鳥的磁感可能來自於視網膜中特定的感光蛋白，透過吸收藍光的光子起作用。隱花色素Cry4就是視網膜感光細胞中表達的一種蛋白，並且在歐亞鴝中的表達水平隨遷徙季節的臨近而上升。為了在實驗中驗證Cry4的磁敏感性，研究人員首先表達並純化出了大量具有活性的歐亞鴝Cry4蛋白，隨後使用磁共振和一系列新型光譜技術測試蛋白的效能。
實驗結果顯示，施加磁場後，藍光照射下的Cry4蛋白會發生光驅動化學反應，具有磁敏性的自由基對增多。研究團隊還闡明了這種磁敏感性的產生機制，這也成為該研究的一個重要突破。「在被藍光啟用後，能夠在分子內移動的電子起到了關鍵作用。」共同通訊作者Henrik Mouritsen教授解釋。研究人員發現，組成Cry4的527個胺基酸中，有4個色胺酸對分子磁敏特性至關重要。利用色胺酸突變的Cry4蛋白開展的實驗，以及研究團隊中的物理學家的量子力學計算都支持了這一結果。
此外，研究團隊還比較了遷徙的歐亞鴝和不遷徙的鳥類（如鴿子和雞），盡管它們都表達Cry4蛋白，並有類似的感光特性，但歐亞鴝的Cry4蛋白表現出更強的磁感應能力，提示這可能是幫助歐亞鴝導航的關鍵要素。Mouritsen教授指出：「我們認為這些結果非常重要，因為它們首次表明，候鳥視覺器官中的分子對磁場很敏感。」但他謹慎地補充說，這還不是Cry4作為磁感應器的確鑿證據，畢竟現有的結果是用純化蛋白做的體外實驗，而目前的技術還不能直接證明鳥類眼中發生了什麽。
研究團隊推測， 在動物體內，隱花色素蛋白可能會表現出對磁場更高的敏感性 。例如，視網膜細胞中的蛋白質可能會有固定的排列順序，從而增強對磁場方向的敏感性；此外，它們可能與其他蛋白相互作用，實作訊號放大的效果。科學家們也正在尋找這些「合作蛋白」。期待科學家們後續的研究繼續為我們揭示大自然造物的神奇奧秘。
參考資料
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[2] Eric Warrant (2021) Unravelling theenigma of bird magnetoreception. Nature doi:https://doi.org/10.1038/d41586-021-01596-6
[3] Quantum birds.Retrieved June 24, 2021 from https://uol.de/en/news/article/quantum-birds-5182
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