被遺忘一百多年的猜想，能否解釋鳥(niǎo)類如何感知磁場(chǎng)？

1882年，博物學(xué)家Camille Viguier推測(cè)，鳥(niǎo)類以及其他脊椎動(dòng)物可能借助地球磁場(chǎng)來(lái)導(dǎo)航。他提出，這些動(dòng)物可能是通過(guò)內(nèi)耳中產(chǎn)生的微小電流來(lái)感知地球磁場(chǎng)的。不過(guò)，他的想法當(dāng)時(shí)并沒(méi)有被重視，隨后便逐漸被遺忘了。

現(xiàn)在，在一項(xiàng)于近期發(fā)表在《科學(xué)》雜志的研究中，一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)重新提出Viguier的這一觀點(diǎn)。他們研究了暴露在磁場(chǎng)中的鴿子的腦，利用先進(jìn)技術(shù)繪制了鴿子的腦活動(dòng)圖譜，并對(duì)鴿子的內(nèi)耳細(xì)胞開(kāi)展了單細(xì)胞RNA測(cè)序。結(jié)果表明：內(nèi)耳就是鴿子的“磁感受”器官。

鳥(niǎo)類的腦導(dǎo)航機(jī)制

一直以來(lái)，關(guān)于鳥(niǎo)類是如何感知磁場(chǎng)的，主要有兩種機(jī)制。

一種目前證據(jù)相對(duì)更充分的機(jī)制認(rèn)為，視網(wǎng)膜中有一種光敏蛋白，能夠形成對(duì)磁場(chǎng)敏感的“量子自旋態(tài)”，使它們能在視覺(jué)中“看到”磁場(chǎng)的方向，因此辨別出南北。另一種機(jī)制證據(jù)較弱，但也被廣為談?wù)摚?strong>鳥(niǎo)喙中的微小氧化鐵顆粒可能像迷你羅盤一樣在磁場(chǎng)中輕微轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而刺激周圍的感受細(xì)胞，再由這些細(xì)胞將信號(hào)傳遞給神經(jīng)系統(tǒng)，使動(dòng)物能夠判斷磁場(chǎng)方向。

然而，關(guān)于動(dòng)物的腦究竟用哪個(gè)區(qū)域來(lái)感知磁場(chǎng)，以及感覺(jué)神經(jīng)元又是如何捕捉到微妙的電磁變化，在很大程度上仍沒(méi)有答案。

在新的研究中，為了揭示鴿子的腦如何對(duì)磁場(chǎng)做出反應(yīng)，研究人員設(shè)計(jì)了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)：他們讓鴿子暴露在比地球磁場(chǎng)稍強(qiáng)一點(diǎn)的磁場(chǎng)中，持續(xù)時(shí)間超過(guò)一個(gè)小時(shí)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，鳥(niǎo)的頭部固定不動(dòng)，而外加磁場(chǎng)則不斷旋轉(zhuǎn)，以模擬頭部相對(duì)于地磁場(chǎng)移動(dòng)時(shí)的情形。

接著，研究團(tuán)隊(duì)使用了一種能夠測(cè)量全腦神經(jīng)元激活模式的方法：他們通過(guò)“透明化”（clearing）技術(shù)讓鴿子的腦變得透明，再用顯微鏡掃描全腦，檢測(cè)哪些神經(jīng)元被磁場(chǎng)激活。隨后，他們將暴露在磁場(chǎng)中的鴿子的腦活動(dòng)圖，與未暴露在磁場(chǎng)中的對(duì)照組進(jìn)行比較。

結(jié)果顯示，鴿子的兩個(gè)腦區(qū)會(huì)被磁場(chǎng)強(qiáng)烈激活：一個(gè)是負(fù)責(zé)接收前庭系統(tǒng)輸入的前庭內(nèi)側(cè)核（與內(nèi)耳相連），另一個(gè)是參與整合多種感官信號(hào)的尾側(cè)中皮質(zhì)。盡管這一結(jié)果仍未解釋鴿子神經(jīng)元究竟如何在物理上感知磁場(chǎng)，但它卻有效地將鴿子的潛在“體內(nèi)羅盤”范圍縮小到了前庭系統(tǒng)。

事實(shí)上，早在2011年，就有研究發(fā)現(xiàn)，磁場(chǎng)似乎能夠觸發(fā)鴿子的前庭系統(tǒng)——這是一個(gè)用于幫助脊椎動(dòng)物感知加速度（包括重力）并維持平衡的器官。它由三個(gè)相互垂直、充滿液體的半規(guī)管組成，因此可以通過(guò)將加速度分解為“x、y、z”三個(gè)分量來(lái)向腦傳達(dá)加速度的方向。

在進(jìn)一步的研究中，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)前庭系統(tǒng)的細(xì)胞進(jìn)行了單細(xì)胞RNA測(cè)序。他們發(fā)現(xiàn)，存在一種特殊的毛細(xì)胞，這些細(xì)胞中廣泛存在對(duì)電磁變化高度敏感的蛋白質(zhì)。因此，當(dāng)鴿子點(diǎn)頭或擺動(dòng)頭部時(shí)，它內(nèi)耳的半規(guī)管就可以將磁場(chǎng)的三個(gè)“x、y、z”分量傳遞給腦。

最后，為了排除基于視網(wǎng)膜的磁感受模型，研究團(tuán)隊(duì)在完全黑暗的條件下重復(fù)了磁場(chǎng)暴露實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，前庭內(nèi)側(cè)核與尾側(cè)中皮質(zhì)這兩個(gè)區(qū)域的神經(jīng)元激活，都與光照無(wú)關(guān)。

研究仍需進(jìn)一步驗(yàn)證

這項(xiàng)研究可能是目前在動(dòng)物身上，對(duì)負(fù)責(zé)處理磁場(chǎng)的神經(jīng)通路進(jìn)行的最清晰、最直接的展示。此前的研究雖然也表明許多動(dòng)物能感知磁場(chǎng)的方向和強(qiáng)度，但其中一些證據(jù)存在爭(zhēng)議，而且對(duì)其具體機(jī)制的描述也頗具爭(zhēng)論。

而這項(xiàng)研究則非常具有說(shuō)服力。不過(guò)，研究人員表示，未來(lái)仍需基因?qū)用娴尿?yàn)證，例如使用CRISPR技術(shù)敲除一些關(guān)鍵的基因序列，以觀察磁感知是否會(huì)因此消失。

#參考來(lái)源：

https://www.nature.com/articles/d41586-025-03798-8

https://www.science.org/doi/10.1126/science.aea6425

https://www.lmu.de/en/newsroom/news-overview/news/an-electric-discovery-pigeons-detect-magnetic-fields-through-their-inner-ear.html

#圖片來(lái)源：

封面圖&首圖：Sara_Torda / Pixabay