许多鸟都有第六感：它们能探测到地球的磁场，这种能力使它们能够在季节迁徙过程中年复一年地回到相同的地点。现在，科学家们已经更接近于识别鸟类用来感受地球磁场的机制——它们“眼中”的量子力学。
一个由德国奥尔登堡大学和牛津大学的科学家领导的研究小组研究了在鸟类视网膜中发现的一种被称为隐花色素-4的蛋白质。
20年来，专家们一直假设这种蛋白质是鸟类的磁传感器，就像一个微小的指南针，可以将鸟类指向特定的方向。这种蛋白质参与化学反应，产生不同数量的新分子，这些新分子的数量取决于地球磁场的方向。鸟类的神经元最终会对这些数量做出反应，从而改变动物的行动方向。德国奥尔登堡大学的生物学家Xu说:“但没有人能在实验室里证实或证实这一点。”
为了进一步证实，Xu的团队现在已经非常详细地观察了这种蛋白质在试管中分离时是如何对磁场做出反应的。他们的研究发表在《自然》杂志上。“这篇特别的论文增加了一堆支持隐花色素机制的重要证据，”没有参与这项研究的隆德大学的神经行为学家埃里克·沃兰特说.
研究人员研究的蛋白质隐花色素-4，是他们自己制造的，而不是从真正的鸟类中提取的。为了制造隐花色素-4，他们将产生蛋白质的DNA指令引入大肠杆菌。奥尔登堡大学的生物学家亨里克·莫里特森说:“你从细菌中得到的蛋白质与在鸟类中得到的蛋白质是相同的。”
研究小组观察了这种蛋白质在试管中发生的化学反应，试管置于比地球磁场强100倍的磁场中。他们发现迁徙的欧洲知更鸟体内的隐花色素-4比不迁徙的鸡和鸽子体内的隐花色素-4对磁场更敏感。此外，他们的观察还表明，隐花色素-4可能会通过化学反应触发神经元活动，与大脑进行交流。“(反应产物)存在的时间足够长，产生的数量足够作为一种信号物质。”沃兰特说。
研究小组想要更好地了解这种蛋白质是如何激活鸟类神经元的。为此，他们在电脑上模拟了隐花色素-4的化学反应。这些反应改变了蛋白质的形状和组成，涉及到单个电子的运动，这意味着我们进入了量子力学领域。
在这些反应中，光线击中并使蛋白质变形，蛋白质由一串折叠成自身的分子链组成。这种变形触发了链中一部分的电子从一个链跳到另一个链，形成一对分子。这两个分子都有奇数个电子，它们配对——留下一个未配对的电子。每个分子上的两个未配对电子自己形成了一对，它们的量子自旋指向相反的方向。
这两个电子的自旋开始波动，一个电子向方向翻转，使它们的自旋对齐，然后再翻转，大约每秒100万次。当电子的自旋是对齐的时候，它比自旋相反时更能为神经元产生更多的反应产物。而电子对齐的时间取决于磁场的方向。因此，鸟的神经元反应取决于磁场的方向。与我们眼睛里的神经元对不同波长光的反应，并向大脑发送被解释为颜色的信息类似，鸟类的神经元似乎可以传递有关磁场的信息，从而允许鸟类“看到”磁场并通过它们导航。
这是验证隐花色素-4在磁感应中的作用的重要一步，尤其是因为科学家对这种感知的理解与他们对其他感知的了解相比，如视觉和听觉。“动物感知磁场的方式是个谜，”科学家说。“我们不太了解它。这是感官生物学的最后一个大圣杯。”
这项新的研究建立在早在20世纪60年代的工作基础上，当时科学家把欧洲知更鸟放在一个暗钢室里，发现它们根据弱磁场重新定向。从那时起，研究人员一直在稳步努力将鸟类的行为与生物学联系起来。在这项研究中，莫里森的团队依靠能够捕获蛋白质纳秒速度变化的微观系统，来观察化学反应的细节。
然而，这项研究并没有最终证明鸟类使用隐花色素-4来感知磁场。要做到这一点，研究人员最终必须研究在一只活鸟体内活动的蛋白质。莫里特森说:“我们正在努力。“但我不能向你保证任何时间，因为这非常非常具有挑战性。”这是一个艰巨的任务，但至少他们在朝着正确的方向前进。
（独家编译：科幻世界）
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