我国科学家发现飞鸟磁场导航的生理原理，居然深入到了原子的层面

我们都知道包括鸟类在内的很多动物都有极强的路线认知能力，如家燕在越冬返回后还能找到旧的巢穴，信鸽在1000公里外也能飞回家中，大部分迁徙的鸟类往返的地点都准确无误，繁殖的海龟能在很远的地方游回它出生的海滩……它们都是怎么做到的？虽然其中的秘密还没有完全揭开，但是大部分生物学家认为包括鸟类在内的不少动物都有一套地磁感应系统，一些研究也已经揭示了这一推论的正确性。

我们人类对地球磁场毫无感应，那么鸟类等动物如何会感应地球的磁场呢？一些新研究已经揭示了鸟类的某些蛋白质具有磁敏感性，如科学家曾发现在施加磁场时，鸟类的海拉细胞荧光会变弱；还有Cry蛋白也被认为对地磁有触发反应，奥秘正随着科学家们的深入研究而一步步揭开。

据《科技日报》6月24日报道，中国科学院合肥物质科学研究院的强磁场科学中心磁生物学研究团队谢灿课题组在这方面已经与国外团队合作研究取得了新成果，报道称该团队与英国牛津大学、德国奥登堡大学等实验室组成的国际合作研究团队在动物磁感应和生物导航领域进行了深入研究并取得了重要突破，研究成果揭示了迁徙鸟类对地磁场感知的量子生物学原理，从根本上解决了鸟类磁场感应的秘密。

研究者们应用磁共振光谱学等手段对几种鸟类的磁感应关键蛋白Cry进行了深入分析，首次发现迁徙的候鸟的Cry蛋白对地球磁场的敏感性显著大于其他留鸟，显示出迁徙鸟类对地球磁场的感应能力要显著大于非迁徙鸟类，这或许是因为迁徙的候鸟更需要利用地球磁场的磁力线来确定方向和位置的原因，这就相当于它们自带了一套导航系统，而迁徙的候鸟要比不迁徙的留鸟的导航能力更强。

Cry蛋白怎样对磁力线产生感应的呢？研究团队发现其敏感性主要体现在“自由基对”中纠缠电子自旋状态的改变，其磁感应机制源于内部电子行为，实验发现在蓝光激发后，Cry蛋白中的辅基FAD会发生还原反应，外围电子会在Cry蛋白中TrpA、TrpB、TrpC、TrpD四个保守色氨酸(Trp)之间进行连续跳跃。当电子的跳跃转移发生在两个分子之间时，会留下两个未配对的电子，每个分子上有一个，而电子向原始分子的反向转移又会要求这些电子的量子自旋相反，表现为一个向上自旋，一个向下自旋，而这种电子跳跃正是对磁场高度敏感的物理效应的体现。这些电子的自旋和跳跃，上升和下降状态的变化，会在某种程度上改变蛋白质分子的性质，从而激发出某种神经信号，经由鸟类的大脑捕获之后，便能体现为对磁场的灵敏感应。

研究团队通过这一量子化学实验和对此进行的理论计算，首次发现Cry蛋白中的这一电子传递过程同时承担了“磁感应”和“信号传递”两种功能，可以将电感受性转换为磁敏感性。相关论文已于6月23日以封面长文的形式发表在权威科学期刊《自然》杂志上。

鸟类拥有这套地磁感应系统并没有占用它多少生理空间，比如鸽子的磁场感应器官就在它的喙部，看上去只有一平方毫米大小，宛如镶嵌了一颗导航芯片，再如上面所讲的电子跃迁级别的微小物理反应居然能被生物利用到磁场辨别而成为一种生理功能，生物生理的奇妙真是让人叹为观止啊，仿生学今后还将给人类科技的发展以极大的启发。

参考资料：

《科技日报》6月24日的文章《重要突破！迁徙鸟类对地磁场感知的量子生物学原理被揭示》