近日，德國(guó)慕尼黑大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)等通過(guò)繪制鴿子大腦圖譜，并對(duì)鴿子內(nèi)耳細(xì)胞進(jìn)行單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，證明了內(nèi)耳是鳥(niǎo)類的磁感受作用器官。研究人員表示，鴿子通過(guò)內(nèi)耳中的微小電流來(lái)感知地球磁場(chǎng)。這種內(nèi)置“羅盤”或許有助于解釋一些動(dòng)物是如何實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)途導(dǎo)航的。

關(guān)于鳥(niǎo)類如何感知磁場(chǎng)，目前有兩種主流假說(shuō)。一種假說(shuō)認(rèn)為，鳥(niǎo)類視網(wǎng)膜細(xì)胞中存在量子物理效應(yīng)，使它們能夠“看到”磁場(chǎng)。而另一種假說(shuō)則認(rèn)為，鳥(niǎo)喙中的微小氧化鐵顆粒像微型指南針一樣發(fā)揮導(dǎo)航作用。

為揭示鴿子大腦如何對(duì)磁場(chǎng)作出反應(yīng)，慕尼黑大學(xué)神經(jīng)科學(xué)家David Keays 團(tuán)隊(duì)做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)。他們讓鴿子暴露在比地球磁場(chǎng)稍強(qiáng)的磁場(chǎng)中1個(gè)多小時(shí)，鴿子的頭部被固定住，磁場(chǎng)持續(xù)旋轉(zhuǎn)，以模擬鴿子頭部相對(duì)于地球磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)。接下來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)一種細(xì)胞活動(dòng)的基因標(biāo)記測(cè)量方法，分析了鴿子大腦中神經(jīng)元的激活模式。通過(guò)將暴露于磁場(chǎng)的鴿子大腦活動(dòng)圖譜與未暴露于磁場(chǎng)中的對(duì)照組進(jìn)行比較，他們發(fā)現(xiàn)，在接收前庭系統(tǒng)輸入信息的大腦區(qū)域和有助于整合各種感覺(jué)刺激的大腦區(qū)域，存在與磁場(chǎng)相關(guān)的神經(jīng)元活動(dòng)。這一結(jié)果將鴿子內(nèi)置“羅盤”范圍縮小到前庭系統(tǒng)。

那么，鴿子大腦神經(jīng)元究竟是如何感知磁場(chǎng)的？早在1882 年，法國(guó)動(dòng)物學(xué)家Camille Viguier就提出，生物體內(nèi)的導(dǎo)電物質(zhì)會(huì)對(duì)磁場(chǎng)作出反應(yīng)，從而產(chǎn)生電流，這賦予了動(dòng)物磁感受能力。而在此前的研究中，David Keays從鯊魚(yú)和鰩的生物物理學(xué)原理獲得啟發(fā)，探尋了磁感受分子機(jī)制。

鯊魚(yú)和鰩擁有感知微弱電場(chǎng)的器官，這有助于它們捕食。David Keays等人發(fā)現(xiàn)，這些動(dòng)物表達(dá)了一種對(duì)神經(jīng)元電活動(dòng)變化敏感的蛋白質(zhì)。該蛋白質(zhì)經(jīng)過(guò)了 10 個(gè)氨基酸長(zhǎng)度的插入修飾，使其能夠感知由磁場(chǎng)產(chǎn)生的電流。

“那么鴿子是否也具有這種能力？答案是肯定的。”David Keays說(shuō)，2019 年，他和合作者發(fā)現(xiàn)，鴿子的基因組中也存在類似的變異。

在新研究中，David Keays團(tuán)隊(duì)對(duì)鴿子前庭系統(tǒng)細(xì)胞進(jìn)行了單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，以尋找參與探測(cè)電流的分子，最終發(fā)現(xiàn)對(duì)電磁變化敏感的蛋白質(zhì)普遍存在。因此，當(dāng)鴿子點(diǎn)頭時(shí)，其內(nèi)耳中的環(huán)狀結(jié)構(gòu)能夠?yàn)榇竽X提供磁場(chǎng)x、y、z向量信息。

為此，David Keays團(tuán)隊(duì)讓鴿子在黑暗中暴露于磁場(chǎng)，重復(fù)了上述實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鴿子大腦接收磁場(chǎng)刺激并不需要光線。David Keays說(shuō)，這似乎與基于視網(wǎng)膜的磁感受模型相矛盾。不過(guò)他補(bǔ)充道，有些動(dòng)物的磁感受器官不止1種。