科学前沿观天下 笃学明理洞寰宇
每逢季节交替之时，总会出现大规模野生鸟类迁徙的壮观景象，而这些候鸟绝不会在漫长的路途中迷失方向，这种神奇的定向导航能力也成了科学界最复杂的难题之一。而科学家称，目前有充足的证据证明鸟类可以通过视觉来感知地球的磁场规律。如果这一匪夷所思的观点确凿无疑，是否意味着一次地球物种的跨越式进化？
鸟类究竟能看到什么？作为人类基本上永远不可能真正知道，但这并不妨碍我们做出一些大胆的假设。来自美国伊利诺伊大学香槟分校的理论和计算生物物理学小组的研究人员曾于1978年首次预测了磁感受隐花色素的存在。这种能够感受蓝光（400nm左右）和近紫外光(330—390nm)的受体可以在鸟类的视野中形成一种磁场“过滤器”。
曾有猜想认为，鸟喙中的铁元素为它们提供一个天然磁罗盘。不过近年来多有证据表明，鸟类可以通过眼中的隐花色素探测磁场进行定位，这种感觉被称为磁感受。研究表明鸟类磁感受机制依赖于短波蓝光，这恰恰印证证实了该机制是基于隐花色素的一种视觉机制，通过内在的量子相干性而捕获到磁场的存在。
这一奇妙特异功能与鸟类眼中Cry 4这一蛋白密切相关。Cry 4是隐花色素蛋白质的一部分，是存在于植物和动物体内对蓝光敏感的光感受器，在调节昼夜节律中发挥重要作用。
为了找到更多关于隐花色素的线索，两组生物学家分别进行了研究。瑞典隆德大学的研究人员研究了斑马雀，德国奥尔登堡大学的研究人员研究了欧洲知更鸟。隆德团队在斑马雀的大脑、肌肉和眼睛中测量了三种隐花色素Cry1、Cry2和Cry4的基因表达。他们假设与磁感受相关的隐花色素应在昼夜节律中保持恒定的接收。研究发现，正如预期的生物钟基因一样，Cry1和Cry2蛋白每天都在波动之中，但Cry4表达的水平相当恒定。这一证据使其成为用于磁感受蛋白的重要的候选者。
这一发现同样得到了知更鸟研究的支持。与非迁徙鸟类相比，欧洲知更鸟在迁徙季节中Cry4的表达效果大大增强。不过两组研究人员都表示，将Cry4认定为磁感受蛋白质之前，需要进行更多的研究。
Cry4聚集在视网膜中一个特定的区域，可以接收大量光线，这对于光依赖的磁感受具有特别意义。虽然目前已经有了很多重要证据，但这依旧不是决定性的。预计通过观察没有磁感受功能的鸟类可能更有助于确认Cry4的真正作用，这是否是地球生物的一次飞跃性进化呢？
文 / 朱张航宇
参考文献：Expression patterns of cryptochrome genes in avian retina suggest involvement of Cry4 in light-dependent magnetoreception, Journal of the Royal Society Interface, 2018, DOI: 10.1098/rsif.2018.0058.
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