鸟类神秘的“指南针”器官终于找到了吗？

研究人员提出，鸽子能够通过探测内耳中的微小电流来感知地球磁场。这种‘内部指南针’或有助于解释某些动物惊人的长途导航能力。该团队对鸽子内耳细胞进行了先进的大脑映射和单细胞RNA测序，两方面证据均指向内耳是鸟类的‘磁感受器官’。相关结果发表于11月20日的《科学》杂志。瑞典隆德大学感觉生物学研究员埃里克·沃兰特表示：‘这可能是目前对任何动物中负责磁场处理的神经通路最清晰的证明。’此前研究表明，包括海龟、鳟鱼和知更鸟在内的多种动物能够感知磁场的方向和强度，尽管相关证据有时存在争议，其机制也一直备受争论。关于鸟类如何感知磁场，有两大主流假说：一是视网膜细胞中的量子物理效应使鸟类‘看见’磁场；二是鸟喙中的微小氧化铁颗粒可能充当‘微型指南针’。然而，动物大脑中何处感知磁场信息以及感觉神经元如何赋予对电磁变化的敏感性，在很大程度上仍是未知的。2011年，研究人员发现线索表明，磁场会触发鸽子的前庭系统——这一器官使脊椎动物能够感知加速度（包括重力）并帮助维持平衡。前庭系统由三个相互垂直的充满液体的环路组成，可通过将加速度分解为‘x、y、z’三个分量，向大脑传递加速度的方向。德国慕尼黑路德维希-马克西米利安大学的神经科学家大卫·基斯设计了一项实验，以揭示鸽子大脑对磁场的反应。基斯团队将六只鸽子暴露在略强于地球磁场的环境中约一个多小时，固定鸽子头部，并不断旋转磁场以模拟头部相对于地球地磁场的运动。随后，团队通过一种测量全脑神经元激活模式的方法——即测量鸽子大脑中细胞活动的遗传标记（鸽子大脑通过一种名为‘透明化’的技术变得透明），将暴露于磁场的鸽子的大脑活动图谱与未暴露的对照组进行比较。结果显示，接收前庭系统输入的大脑区域以及帮助整合各种感觉刺激的区域存在与磁场相关的神经元活动。这一结果将潜在的‘指南针’范围缩小到前庭系统，但未解释鸽子神经元如何物理感知磁场。原则上，生物体内的导电物质可在磁场作用下产生电流，使动物具备‘磁觉’——这一机制早在1882年就由法国动物学家卡米尔·维吉尔提出。在之前的研究中，基斯从鲨鱼和鳐鱼的生物物理学中获得启发，寻找这种磁感受的分子机制。鲨鱼和鳐鱼拥有感知微小电场以帮助捕食的器官，它们表达一种对神经元电活动变化敏感的蛋白质，该蛋白质经10个氨基酸的插入修饰后，能够感知磁场产生的电流。