記者從中國科學院合肥物質科學研究院獲悉，該院強磁場科學中心磁生物學研究團隊謝燦課題組與英國牛津大學、德國奧登堡大學等實驗室組成的國際合作研究團隊，在動物磁感應和生物導航領域取得了重要突破，揭示了遷徙鳥類對地磁場感知的量子生物學原理。相關研究成果6月23日以封面長文的形式發(fā)表在《自然》上。
地球上許多生物在幾十億年的進化過程中，發(fā)展出利用微弱地磁場在海陸空不同空間、不同尺度上實現精確定向和導航的能力，其科學原理尚未明確。“遷徙動物如何利用磁場找到回家的路”曾被《科學》雜志列為125個尚未解決的重要前沿科學問題之一。另一方面，磁場的穿透性使得磁場刺激能夠遠程地、無損地深入生物體內部如大腦深處，利用磁場控制細胞或生物體有著無可比擬的優(yōu)勢，這也成為最近十年的研究熱點。因此闡明動物感知地球磁場進行遷徙和導航的原理，同時揭示磁場對細胞或生物體的控制機制，不僅在基礎研究中具有重要意義，也是生物磁控技術和不依賴于衛(wèi)星的新一代導航定位技術的需求。
研究人員應用磁共振光譜學等手段，對幾種鳥類的磁感應關鍵蛋白Cry進行了深入研究，首次發(fā)現遷徙鳥類如歐洲知更鳥的Cry蛋白對磁場的敏感性顯著大于非遷徙鳥類，這種敏感性主要體現在”自由基對“中糾纏電子自旋狀態(tài)的改變。研究還揭示Cry蛋白磁感應機制源于其內部電子行為：在藍光激發(fā)后，Cry蛋白中的輔基FAD發(fā)生還原反應，電子在Cry蛋白中TrpA，TrpB，TrpC，TrpD四個保守色氨酸(Trp)之間進行跳躍，這種電子跳躍對磁場高度敏感。量子化學實驗和理論計算首次發(fā)現，這一電子傳遞過程同時承擔了“磁感應”和“信號傳遞”兩種不同的功能，其中第四個色氨酸TrpD對信號傳遞至關重要。
該研究一定程度上揭示了遷徙鳥類對地磁場感知的量子生物學原理，為未來動物磁感應和生物導航研究指明了方向，同時也為仿生導航和生物磁控技術的發(fā)展提供了理論指導。(記者 吳長鋒)
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