科学家破解迁徙鸟类利用地球磁场“导航”原理

2021-06-28 08:07:49 来源：快科技

在几十亿年的进化过程中，地球上许多生物进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，其科学原理尚未明确。

一直以来，“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。

不过现在这一问题终于被中外团队合作破解了，相关研究成果于6月23日以封面长文的形式发表在《自然》上。

中国科学院合肥物质科学研究院与英国牛津大学、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取得重要突破——破解迁徙鸟类利用地球磁场“导航”原理。

研究人员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进行了深入研究，首次发现迁徙鸟类如欧洲知更鸟的Cry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“中纠缠电子的自旋状态的改变。

研究还揭示出Cry蛋白磁感应机制源于其内部电子行为：在蓝光激发后，Cry蛋白中的辅基FAD发生还原反应，电子在Cry蛋白中TrpA、TrpB、TrpC、TrpD四个保守色氨酸 (tryptophan，Trp)之间进行跳跃，这种电子跳跃对磁场高度敏感。

量子化学实验和理论计算首次发现，这一电子传递过程同时承担了“磁感应”和“信号传递”两种不同的功能，其中第四个色氨酸TrpD对信号传递十分重要。

该研究一定程度上揭示了迁徙鸟类对地磁场感知的量子生物学原理，为未来动物磁感应和生物导航研究指明了方向，也为仿生导航和生物磁控技术的发展提供了理论指导。