欧洲知更鸟。图片来源：Corinna Langebrake and Ilia Solov'yov
人类通过五种感官来感知周围的世界：视觉、听觉、味觉、嗅觉和触觉。许多其他动物也能够感知地球的磁场。一段时间以来，以德国奥尔登堡大学（University of Oldenburg）和英国牛津大学（University of Oxford）为中心，生物学家、化学家和物理学家一直在收集证据，表明欧洲知更鸟（European robins）等候鸟的磁感应（magnetic sense）是基于眼中的一种特定光敏蛋白。在近期出版的《自然》（Nature）杂志中，该团队证明了在鸟类视网膜中发现的隐花色素蛋白（cryptochrome 4, Cry4）对磁场敏感，很可能是长期以来寻找的磁传感器。
论文的第一作者许静静是来自奥尔登堡大学Henrik Mouritsen研究组的博士生，为这一成功做出了决定性贡献。在提取了夜间迁徙的欧洲知更鸟中可能具有磁敏感性的Cry4的遗传密码后，她首次利用了体外细菌培养大量合成了这种光敏分子。随后， 牛津大学的Christiane Timmel和Stuart Mackenzie的团队使用了大范围的磁共振和新型光谱技术来研究这种蛋白质，并证明了它能够感应磁场。
本项研究的另一个重要进展是破译了这种磁感应性产生的机制。Mouritsen解释到：“受到蓝光激发后，电子会在Cry4内移动，这起到了关键作用。”隐花色素是一种蛋白质，由多个氨基酸链接而成，知更鸟的隐花色素（Cry4）有527个氨基酸。牛津大学的Peter Hore和奥尔登堡大学的物理学家 Ilia Solov'yov 进行了量子力学计算，证明了527个氨基酸中的4个色氨酸对分子的磁性至关重要。根据他们的计算，电子在色氨酸间跳跃，产生具有磁感应性的自由基对（radical pair）。为了在实验中证明这一点，来自奥尔登堡大学的研究小组给知更鸟的Cry4做了一些轻度“修改”，其中每个色氨酸都被不同的氨基酸取代，以阻止电子的移动。
利用这些被修改过的蛋白质，牛津大学的化学小组在实验中证明了电子能在隐花色素中移动，这与之前的预测结果吻合。该小组的实验结果还表明，产生的自由基对于解释观察到的磁场效应（magnetic field effect）至关重要。
奥尔登堡大学的团队还表达了鸡和鸽子的Cry4，这些蛋白质被送到牛津大学进行研究。结果表明，这些没有迁徙习性物种的蛋白质表现出与知更鸟类似的光化学性质，但似乎对磁的敏感性明显降低。
Mouritsen表示：“我们认为这些结果非常重要，因为它们首次证明了候鸟视觉器官中的分子对磁场很敏感”。但是，他补充到这并不能确切地证明Cry4是该团队正在寻找的磁传感器。在所有的实验中，研究人员检测的是在实验室环境中被分离出的蛋白质，施加的磁场也比地球的磁场强。Mouritsen强调，“因此，我们仍然需要在鸟类眼睛中证明这项机制。”但这种研究在技术上还不能实现。
然而，论文作者们认为所这类蛋白在其原生环境中可能会显示出更高的敏感性。在视网膜的细胞中，这些蛋白质可能处于被固定和排列状态，对磁场方向的敏感性会增加。此外，它们也许会与其他可能放大感应信号的蛋白质存在关联。该团队目前正在寻找这些未知的“互动伙伴”。
IEEE Spectrum
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