生物天生就有磁场指南针，但细节未知？

地球有微弱的磁场，利用指南针，人类可以在茫茫大海或沙漠中不会迷失方向。信鸽和帝王蝶、龙虾和海龟等动物，身体内天生就拥有这种指南针，它们拥有这种感知磁场的第六种感觉，这一能力让许多动物能进行长途迁徙而不会迷路。科学家早就知道这一特点，但是过去一直没有找到生物体内指南针的具体结构是什么。

一个磁性蛋白生物指南针

最近中国科学家终于揭开这一秘密，原来是和一种视觉蛋白分子结合，这种分子复合体有感受光线和磁场的双重能力。北京时间11月17日，国际顶级学术期刊《自然•材料》（Nature Materials）在线发表了这一项研究成果。这是首个在分子尺度就证明存在磁特性的蛋白复合体，它既能够吸引磁铁，也能在磁场的作用下发生转动，是一种纳米级的指南针。

该论文标题为《一个磁性蛋白生物指南针》（A magnetic protein biocompass），北京大学生命科学学院研究员谢灿是该论文的通讯作者。11月16日，谢灿告诉澎湃新闻，刚刚发表的研究回答的问题是“生物如何感应到磁场的”，他们发现了生物感应磁场的蛋白质分子。

1995年，植物中的感光蛋白光受体CRY1（cryptochrome1）被发现，后来科学家发现，CRY也能够感应磁场，是人类所知的生物体内第一个磁感应分子，该蛋白也存在于鸟类和人类视网膜中。但鸟类从感应磁场到定位或导航的过程，仍是未解之谜。CRY如何在生物体内工作也不为人类所知。谢灿带领的研究人员对果蝇的12536个基因筛选后，发现了唯一一个与CRY相结合的磁感应受体蛋白，被命名为MagR。

实验发现，MagR才是真正感应磁场的生物分子，CRY只能感光，因为二者结合，人们此前被其复合物又感光又感磁的特性“蒙骗”了。

研究人员发现，MagR与CRY在信鸽的视网膜中共定位，几乎出现在同一位置。它们似乎相互配合，形成一个分子机器，在阳光或月光等光线的刺激下，地球磁场信号被细胞捕捉到，并转化成电信号，该电信号经神经细胞传递到信鸽的大脑中，然后做出决策。谢灿表示，这只是动物磁感应的“生物指南针”模型，其真实性和细节有待进一步研究。

研究人员进行体外实验发现，在溶液中，MagR与CRY两种蛋白的确会自发形成复合体，复合体又堆集成棒状结构，MagR位于轴心，CRY居外围。更令人惊奇的是，这样一个棒状结构像一个真正磁铁一样，会吸在铁珠上，也像一个真正的指南针一样，会随着外加磁场的变化而转动，会在地球磁场的作用下，呈现有规则的排列。

研究人员在文章中称，这是人类第一次发现具有这样特性的生物磁性物质。

我们知道，光遗传学是当今神经生物学领域的重要技术创新，对神经科学的发展有重要推动作用。但是光刺激信号必须通过光导纤维才能准确输送到深部组织内。磁场的穿透能力非常强大，如果能将这种感受分子适当设计，人工建立磁刺激感受器，或许不久就能有更优质特性的磁遗传学技术面世。

http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat4484.html

（本文来源公众号氢思语 hydrogen_thinker，作者孙学军教授，授权发布）

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