先说明几个问题，第一，我没有卖朋友，凡是我听他人讲的，一律不写。我写的东西是我自己读文献读出来的；第二，我很愤怒，是非曲直，总应该有个公道；第三，这件事情，动摇了我所能接受的最基本的从事科研的道德底线，若不讲出来，我都不清楚以后做科研还能有何意义？第四，这件事情也挑战了大家的智商：三岁小孩儿都可以轻易做出判断的问题，为何最顶级的科学家们反而不知所措？
对不起，我得有学者最基本的良知。
========================================================
《西游记》里的孙悟空神通广大，什么72般变化保证法系攻击的输出，如意金箍棒又保证了物理伤害的输出，此外还有一个跟头能翻没影儿了的筋斗云，敏捷值自然也是极高的。这里面就有个科学问题：一个筋斗翻出去十万八千里，如何精确的锁定着陆地点？会不会一不小心掉人家马桶里？十万八千里是5.4万公里，网上称我国采用卫星精确制导的巡航导弹，大约4000公里能达到10米左右的误差。也就是说，筋斗云即使采用的是当代最新的高科技导航，掉人家马桶里也不会是一个小概率事件。这样当唐大师饿的头晕眼花到处挖坑找猴头的时候，八戒、沙僧一边上直嚷嚷：快来人啊，大师兄头卡马桶盖里了！得，老吴抗议了：咱还能不能好好讲故事了？考虑到至尊宝师从菩尼老木（参见《大话西游》），简称葡萄。假设葡萄是若干万年之后不小心穿越到神话体系的物理学家，身上自然不缺各种稀奇古怪的道具，因此根据逻辑推理，猴王显然是拿到了可以超远程精确制导的神器：黄金罗盘。
这样，问题就来了：黄金罗盘真的存在吗？要回答这个问题，我们需要先介绍一下神话或巫术体系里的两大基本定律：超距作用（接触律）和相似原理（相似律）。当代物理证明超距作用是存在的，而相似原理则是很多科学领域，例如生物信息学中最核心的基本法则之一。考虑到光速约为30万千米/秒，假设猴王飞行速度为1/10光速（确保质量不会变成无穷大），跑完5.4万公里也不超过两秒，因此近似的满足接触律。而腾云驾雾的筋斗云飞行，依据的相似律则是鸟类的迁徙：候鸟冬天从北方飞到南方过冬，天气暖和又能飞回来。候鸟迁移当然不是踩着西瓜皮乱飞，着陆点是固定的，一只大雁拔光羽毛洗干净飞到你家锅里顺便还点上酱油盐之类打上火把自己红烧了这种事情那也就只能想想。人类辨别东南西北需要指南针、看太阳、看北极星等等，鸟类看不懂这些东西，但又可以正确的识别地球的磁场，在该飞到某地的季节正确的飞到某地，这就表明鸟类必然拥有可以正确识别方向的黄金罗盘。因此猴王有这个也就不足为奇。
科学家认为黄金罗盘是存在的，因为许多动物都可以感知磁场 [1]。由于生命活动的基础是分子，因此黄金罗盘很有可能是一种精妙的分子机器：磁受体（Magnetoreceptor）。但磁受体的发现超乎寻常的困难，主要有三个原因：第一，磁场可以自由的通过生命体，因此例如视觉或嗅觉受体必须要与外界联系从而感知相应的刺激，而磁受体则不受这个限制，可能或可以在动物体中任意位置；第二，磁受体也许很小，或许是通过化学反应中的小分子来感知磁场，因此磁受体基因也可能根本不存在；第三，人类要么没有磁感知（Magnetoreception），要么就没有办法感知到，所以根据我们自身的感知经验，不能判断磁受体究竟应该在哪里（例如视觉受体，我们显然认为是在眼睛里，不大可能长在屁股上）[1]。因此，直到2005年，磁受体也没有明确的报道 [1]。学术界普遍看好的、认为最有可能的磁受体基因，是蓝光受体/隐花素（Cryptochrome），定位于鸟类的视网膜上，一般有CRY1, Cry1b, CRY2和CRY4四个基因 [2]。不同的鸟类并不都同时有这四个基因，例如家鸡有CRY1, 2, 4，欧洲知更鸟（European robin）就只有CRY1。蓝光受体最大的问题是，第一，体外实验和模拟的结果支持其是磁受体，但没有体内实验的证据；第二，四个鸟类的蓝光受体，究竟哪一个才是明确的磁受体，这个问题不清楚。因此直到2013年为止，究竟有没有磁受体，蓝光受体究竟是不是磁受体，仍然没有明确的证据 [2]。
因此，磁受体是生命科学中的一个难题，其发现也必然会是一个非常重要的进展。即使想要初步解决这个问题，也要同时满足以下三个条件：第一，由于之前没有发现的先例，因此研究体系（System）必须是全新的，要能够稳定的、可重复的产生预期的观测现象，从而建立表型和基因型的联系，这就需要学者有极好的想象力和专业素养。第二，需要设计多种实验方案说明研究体系是无偏的，观测本身不会对实验结果有不确定影响（例如薛定谔的猫，观测本身会影响实验结果）。第三，需要清楚的揭示磁受体的细胞和生理功能。因此，虽然咱并不做受体方面的研究，也没有看过该方面为发表的结果，但从逻辑上来讲，敢做、能做这样的方向，本身就很值得佩服。另一个我不确定是否必须，但审稿人也可能关心的问题是，新发现的基因可能未必是直接的磁受体，而是通过调控真正的磁受体例如蓝光受体发挥功能。
有了上面的铺垫，我们这里就可以看看清华大学近期在《科学通报》上在线发表的论文 [3]。这篇论文报道了磁受体“铁-硫簇组装蛋白”（Iron-sulfur cluster assembly protein 1, Isca1），在HEK-293细胞和体外培养的海马神经元里能够诱导膜的去极化（Membrane depolarization）以及钙离子内流（Calcium influx），并且可以调控神经元的活性。因此结合转基因线虫等实验，作者表明Isca1基因可以作为调控神经元活性的工具，并提出“磁遗传学”（Magnetogenetics）的概念。与之前的方法如“光遗传学”（Optogenetics）相比，磁遗传学的优势有非侵入、深度渗透、长时间持续加量等（Non-invasive,deep penetration, long-term continuous dosing, unlimited accessibility, spatial uniformity and relative safety. 见原文）。
首先要说明的第一点是，“磁遗传学”这个概念并不是这篇论文的首创。2013年已经有学者在Nature Nanotechnology上发表论文并提出磁遗传学这个概念 [4]，研究策略是将有生物活性的纳米颗粒转入活细胞中，从而实现磁调控。基于纳米材料的磁遗传学是一个较新的研究方向，今年初Nature Medicine上也有一篇短评专门讨论了“声遗传学”（Radiogenetics）和磁遗传学的研究前景 [5]。利用磁受体基因本身而不是外源导入纳米颗粒，当然是一个重要的突破，但究竟是使用磁受体基因还是纳米颗粒，这个可能会需要较长时间的研究。例如因为可以转基因，因此磁受体基因在体外培养的细胞以及模式动物中的研究会有优势，但真正研究人类的神经活动，转基因到人里估计比较难实现。另外，纳米材料可以诱导细胞自噬，这样如果研究人类神经元的话安全性也需要全面的评估 [6]。总之，这是一个新方向，有很多问题值得探索。
第二个问题是，“铁-硫簇组装蛋白”Isca1究竟是什么基因？事实上，这类基因大约上个世纪60年代中期就已经发现，到现在已经50年左右，其生物学功能也理解的比较透彻，主要是负责电子转运（Electron transfer），因此是电子受体（Electroreceptor）[7]。这样就有问题了，以前没有人猜到Isca1可能是磁受体吗？答：猜过。磁感知的主要理论有三个，电磁感应，磁场依赖的化学反应（就是蓝光受体），以及生物磁性颗粒 [1]。第一种理论就猜测磁受体可能是电子受体，在磁场中带电粒子受到洛伦兹力运动方向会垂直于磁场，磁场越强受到的洛伦兹力也就越强。但这个理论在软骨鱼类中的检验很不成功，主要是因为第一，这些电子受体理论上应该可以检测稳态场（Steady field），但实验是失败的；第二，海鱼周围的水一般是流动的，不是非流动的导电介质（抱歉，这一点我没看明白）；第三，洋流在地球磁场的作用下会发生运动，因此会产生自己的电场，鱼类怎么区分究竟是海洋本身的磁场，还是地球磁场？所以电磁感应理论很诱人，但现实很残酷，因此这条路看起来似乎已经走进了死胡同。
第三个问题是，这篇文章结果的第一和第二个Section，表明Isca1在磁场中可以诱导体外培养细胞与神经元的钙离子内流，并且诱导效率与磁场的强度大致呈正相关。这样问题就来了：Isca1本身是否真的是磁受体？为什么是磁受体？有没有可能通过间接的方式调控真正的磁受体？
综上所述，这篇论文并没有“发现”磁受体，而是在假设存在的磁受体的基础上开展了后续研究。因此从逻辑上来讲，这篇论文之外，应该还会有一个系统的发现实验，包括各种证实和证伪，并且需要经过严格的同行评议，可能还会需要多次修改、增加实验数据等等。这个实验会相当的复杂、精巧，作者需要用极有力、非常直接的证据来捍卫自己的观点，审稿周期长是合理的。
参考文献：
1. Johnsen S, Lohmann KJ. (2005) The physics and neurobiology of magnetoreception. Nat Rev Neurosci., 6(9):703-12.
2. Dodson CA, Hore PJ, Wallace MI. (2013) A radical sense of direction: signalling andmechanism in cryptochrome magnetoreception. Trends Biochem Sci., 38(9):435-46.
3. Long X, Ye J, Zhao D, Zhang SJ. (2015) Magnetogenetics: remotenon-invasive magnetic activation of neuronal activity with a magnetoreceptor. Science Bulletin (Online).
4. Etoc F, Lisse D, Bellaiche Y, Piehler J, Coppey M, Dahan M. (2013) Subcellular control ofRac-GTPase signalling by magnetogenetic manipulation inside living cells. Nat Nanotechnol., 8(3):193-8.
5. Leibiger IB, Berggren PO. (2015) Regulation of glucose homeostasis usingradiogenetics and magnetogenetics in mice. Nat Med., 21(1):14-6.
6. Zhang Y, Zheng F, Yang T, Zhou W, Liu Y, Man N, Zhang L, Jin N, DouQ, Zhang Y, Li Z, Wen LP. (2012) Tuning the autophagy-inducing activity oflanthanide-based nanocrystals through specific surface-coating peptides. Nat Mater., 11(9):817-26.
7. Beinert H, Holm RH, Münck E. (1997) Iron-sulfur clusters: nature's modular, multipurposestructures. Science, 277(5326):653-9.
联系客服
