鴿子是自帶“導(dǎo)航”的長(zhǎng)途飛行高手。在一項(xiàng)近日發(fā)表于《科學(xué)》的研究中，德國(guó)慕尼黑大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)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(lèi)的磁感受作用器官。
研究人員表示，鴿子能通過(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(pán)”或許有助于解釋一些動(dòng)物是如何做到長(zhǎng)途導(dǎo)航的。
研究表明，包括海龜、鱒魚(yú)、旅鶇在內(nèi)的許多動(dòng)物都能感知磁場(chǎng)的方向和強(qiáng)度，盡管相關(guān)機(jī)制和證據(jù)存在爭(zhēng)議。
關(guān)于鳥(niǎo)類(lèi)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(lèi)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可能像微型指南針一樣發(fā)揮作用。
然而，研究人員對(duì)于動(dòng)物感知磁信息的具體大腦區(qū)域、感覺(jué)神經(jīng)元電磁變化敏感性的產(chǎn)生仍然知之甚少。2011年，有研究線索表明，磁場(chǎng)會(huì)觸發(fā)鴿子的前庭系統(tǒng)。該系統(tǒng)使脊椎動(dòng)物能夠感知加速度（包括重力），有助保持平衡。該系統(tǒng)由3個(gè)相互垂直的充滿液體的環(huán)組成，能夠?qū)⒓铀俣确纸鉃閤、y、z向量，從而告訴大腦加速度的方向。
慕尼黑大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家David Keays設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，以揭示鴿子大腦如何對(duì)磁場(chǎng)作出反應(yīng)。
Keays團(tuán)隊(duì)讓鴿子暴露在比地球磁場(chǎng)稍強(qiáng)的磁場(chǎng)中一個(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，研究人員發(fā)現(xiàn)，在接收前庭系統(tǒng)輸入的大腦區(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(pán)”范圍縮小到了前庭系統(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)做出反應(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，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。Keays等人發(fā)現(xiàn)，這些動(dòng)物表達(dá)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。
“那么鴿子身上是否存在這種能力？答案是肯定的。”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(lèi)似的變異。
在新研究中，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，結(jié)果發(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向量的信息。
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。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)物可能有不止一種磁感受器官。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1126/science.aea6425
本文鏈接：新研究鎖定鴿子腦內(nèi)“羅盤(pán)”http://www.sq15.cn/show-11-28734-0.html
聲明：本網(wǎng)站為非營(yíng)利性網(wǎng)站，本網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容由互聯(lián)網(wǎng)博主自發(fā)貢獻(xiàn)，不代表本站觀點(diǎn)，本站不承擔(dān)任何法律責(zé)任。天上不會(huì)到餡餅，請(qǐng)大家謹(jǐn)防詐騙！若有侵權(quán)等問(wèn)題請(qǐng)及時(shí)與本網(wǎng)聯(lián)系，我們將在第一時(shí)間刪除處理。