被遗忘一百多年的猜想，能否解释鸟类如何感知磁场？

cjlcjl

1882年，博物学家Camille Viguier推测，鸟类以及其他脊椎动物可能借助地球磁场来导航。他提出，这些动物可能是通过内耳中产生的微小电流来感知地球磁场的。不过，他的想法当时并没有被重视，随后便逐渐被遗忘了。


现在，在一项于近期发表在《科学》杂志的研究中，一个研究团队重新提出Viguier的这一观点。他们研究了暴露在磁场中的鸽子的脑，利用先进技术绘制了鸽子的脑活动图谱，并对鸽子的内耳细胞开展了单细胞RNA测序。结果表明：内耳就是鸽子的“磁感受”器官。




  鸟类的脑导航机制  


一直以来，关于鸟类是如何感知磁场的，主要有两种机制。


一种目前证据相对更充分的机制认为，视网膜中有一种光敏蛋白，能够形成对磁场敏感的“量子自旋态”，使它们能在视觉中“看到”磁场的方向，因此辨别出南北。另一种机制证据较弱，但也被广为谈论：鸟喙中的微小氧化铁颗粒可能像迷你罗盘一样在磁场中轻微转动，进而刺激周围的感受细胞，再由这些细胞将信号传递给神经系统，使动物能够判断磁场方向。


然而，关于动物的脑究竟用哪个区域来感知磁场，以及感觉神经元又是如何捕捉到微妙的电磁变化，在很大程度上仍没有答案。


在新的研究中，为了揭示鸽子的脑如何对磁场做出反应，研究人员设计了一项实验：他们让鸽子暴露在比地球磁场稍强一点的磁场中，持续时间超过一个小时。实验过程中，鸟的头部固定不动，而外加磁场则不断旋转，以模拟头部相对于地磁场移动时的情形。


接着，研究团队使用了一种能够测量全脑神经元激活模式的方法：他们通过“透明化”（clearing）技术让鸽子的脑变得透明，再用显微镜扫描全脑，检测哪些神经元被磁场激活。随后，他们将暴露在磁场中的鸽子的脑活动图，与未暴露在磁场中的对照组进行比较。


结果显示，鸽子的两个脑区会被磁场强烈激活：一个是负责接收前庭系统输入的前庭内侧核（与内耳相连），另一个是参与整合多种感官信号的尾侧中皮质。尽管这一结果仍未解释鸽子神经元究竟如何在物理上感知磁场，但它却有效地将鸽子的潜在“体内罗盘”范围缩小到了前庭系统。


事实上，早在2011年，就有研究发现，磁场似乎能够触发鸽子的前庭系统——这是一个用于帮助脊椎动物感知加速度（包括重力）并维持平衡的器官。它由三个相互垂直、充满液体的半规管组成，因此可以通过将加速度分解为“x、y、z”三个分量来向脑传达加速度的方向。


在进一步的研究中，研究团队对前庭系统的细胞进行了单细胞RNA测序。他们发现，存在一种特殊的毛细胞，这些细胞中广泛存在对电磁变化高度敏感的蛋白质。因此，当鸽子点头或摆动头部时，它内耳的半规管就可以将磁场的三个“x、y、z”分量传递给脑。


最后，为了排除基于视网膜的磁感受模型，研究团队在完全黑暗的条件下重复了磁场暴露实验。结果表明，前庭内侧核与尾侧中皮质这两个区域的神经元激活，都与光照无关。




  研究仍需进一步验证  


这项研究可能是目前在动物身上，对负责处理磁场的神经通路进行的最清晰、最直接的展示。此前的研究虽然也表明许多动物能感知磁场的方向和强度，但其中一些证据存在争议，而且对其具体机制的描述也颇具争论。


而这项研究则非常具有说服力。不过，研究人员表示，未来仍需基因层面的验证，例如使用CRISPR技术敲除一些关键的基因序列，以观察磁感知是否会因此消失。

#参考来源：

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

#图片来源：

封面图&首图：Sara_Torda / Pixabay

gzcom520

百年前猜想翻身，鸽子耳朵藏指南针