被遺忘一百多年的猜想，能否解釋鳥類如何感知磁場？

1882年，博物學(xué)家Camille Viguier推測，鳥類以及其他脊椎動物可能借助地球磁場來導(dǎo)航。他提出，這些動物可能是通過內(nèi)耳中產(chǎn)生的微小電流來感知地球磁場的。不過，他的想法當(dāng)時并沒有被重視，隨后便逐漸被遺忘了。

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

鳥類的腦導(dǎo)航機(jī)制

一直以來，關(guān)于鳥類是如何感知磁場的，主要有兩種機(jī)制。

一種目前證據(jù)相對更充分的機(jī)制認(rèn)為，視網(wǎng)膜中有一種光敏蛋白，能夠形成對磁場敏感的“量子自旋態(tài)”，使它們能在視覺中“看到”磁場的方向，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>鳥喙中的微小氧化鐵顆粒可能像迷你羅盤一樣在磁場中輕微轉(zhuǎn)動，進(jìn)而刺激周圍的感受細(xì)胞，再由這些細(xì)胞將信號傳遞給神經(jīng)系統(tǒng)，使動物能夠判斷磁場方向。

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

在新的研究中，為了揭示鴿子的腦如何對磁場做出反應(yīng)，研究人員設(shè)計了一項實驗：他們讓鴿子暴露在比地球磁場稍強(qiáng)一點的磁場中，持續(xù)時間超過一個小時。實驗過程中，鳥的頭部固定不動，而外加磁場則不斷旋轉(zhuǎn)，以模擬頭部相對于地磁場移動時的情形。

接著，研究團(tuán)隊使用了一種能夠測量全腦神經(jīng)元激活模式的方法：他們通過“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，檢測哪些神經(jīng)元被磁場激活。隨后，他們將暴露在磁場中的鴿子的腦活動圖，與未暴露在磁場中的對照組進(jìn)行比較。

結(jié)果顯示，鴿子的兩個腦區(qū)會被磁場強(qiáng)烈激活：一個是負(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），另一個是參與整合多種感官信號的尾側(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，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)。

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

在進(jìn)一步的研究中，研究團(tuán)隊對前庭系統(tǒng)的細(xì)胞進(jìn)行了單細(xì)胞RNA測序。他們發(fā)現(xiàn)，存在一種特殊的毛細(xì)胞，這些細(xì)胞中廣泛存在對電磁變化高度敏感的蛋白質(zhì)。因此，當(dāng)鴿子點頭或擺動頭部時，它內(nèi)耳的半規(guī)管就可以將磁場的三個“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)隊在完全黑暗的條件下重復(fù)了磁場暴露實驗。結(jié)果表明，前庭內(nèi)側(cè)核與尾側(cè)中皮質(zhì)這兩個區(qū)域的神經(jīng)元激活，都與光照無關(guān)。

研究仍需進(jìn)一步驗證

這項研究可能是目前在動物身上，對負(fù)責(zé)處理磁場的神經(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物能感知磁場的方向和強(qiáng)度，但其中一些證據(jù)存在爭議，而且對其具體機(jī)制的描述也頗具爭論。

而這項研究則非常具有說服力。不過，研究人員表示，未來仍需基因?qū)用娴尿炞C，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因此消失。

#參考來源：

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

#圖片來源：

封面圖&首圖：Sara_Torda / Pixabay