近日，德國慕尼黑大學研究團隊等通過繪制鴿子大腦圖譜，并對鴿子內耳細胞進行單細胞轉錄組測序，證明了內耳是鳥類的磁感受作用器官。研究人員表示，鴿子通過內耳中的微小電流來感知地球磁場。這種內置“羅盤”或許有助于解釋一些動物是如何實現(xiàn)長途導航的。

關于鳥類如何感知磁場，目前有兩種主流假說。一種假說認為，鳥類視網(wǎng)膜細胞中存在量子物理效應，使它們能夠“看到”磁場。而另一種假說則認為，鳥喙中的微小氧化鐵顆粒像微型指南針一樣發(fā)揮導航作用。

為揭示鴿子大腦如何對磁場作出反應，慕尼黑大學神經(jīng)科學家David Keays 團隊做了一個實驗。他們讓鴿子暴露在比地球磁場稍強的磁場中1個多小時，鴿子的頭部被固定住，磁場持續(xù)旋轉，以模擬鴿子頭部相對于地球磁場的運動。接下來，研究團隊通過一種細胞活動的基因標記測量方法，分析了鴿子大腦中神經(jīng)元的激活模式。通過將暴露于磁場的鴿子大腦活動圖譜與未暴露于磁場中的對照組進行比較，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刺激的大腦區(qū)域，存在與磁場相關的神經(jīng)元活動。這一結果將鴿子內置“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的？早在1882 年，法國動物學家Camille Viguier就提出，生物體內的導電物質會對磁場作出反應，從而產(chǎn)生電流，這賦予了動物磁感受能力。而在此前的研究中，David Keays從鯊魚和鰩的生物物理學原理獲得啟發(fā)，探尋了磁感受分子機制。

鯊魚和鰩擁有感知微弱電場的器官，這有助于它們捕食。David Keays等人發(fā)現(xiàn)，這些動物表達了一種對神經(jīng)元電活動變化敏感的蛋白質。該蛋白質經(jīng)過了 10 個氨基酸長度的插入修飾，使其能夠感知由磁場產(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，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團隊對鴿子前庭系統(tǒng)細胞進行了單細胞轉錄組測序，以尋找參與探測電流的分子，最終發(fā)現(xiàn)對電磁變化敏感的蛋白質普遍存在。因此，當鴿子點頭時，其內耳中的環(huán)狀結構能夠為大腦提供磁場x、y、z向量信息。

為此，David Keays團隊讓鴿子在黑暗中暴露于磁場，重復了上述實驗。實驗結果表明，鴿子大腦接收磁場刺激并不需要光線。David Keays說，這似乎與基于視網(wǎng)膜的磁感受模型相矛盾。不過他補充道，有些動物的磁感受器官不止1種。