人眼能感知地磁场吗?

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(文/Brandon Keim)“看到”地磁场的能力,在那些长距离迁徙的动物身上司空见惯。海龟、燕子都能感知地磁场的存在,也许潜藏在人类眼睛中的超能力也可以感知地磁场。

一种蛋白质是“看到”磁场的关键,它就是cryptochrome 2(以后简称C-2)。将失去C-2蛋白的果蝇移植入人类的C-2蛋白,它们便具有了感知地磁场的能力。

虽然果蝇和人存在很大的差异,但是C-2蛋白在果蝇眼中的表达却丝毫不受影响。在果蝇的眼睛里,布满了C-2蛋白。

“人类能够通过C-2蛋白在视网膜上的表达获得感知地磁场的能力吗?”美国马萨诸塞州大学的神经学家史蒂文•里珀特(Steven Reppert)提出了这个疑问。他领导了与C-2蛋白相关的研究。“我们仍不清楚这个分子是否能在人类的视网膜上发挥同样的效益,可是在果蝇身上的发现却为人类提供了一种可能性。”

里珀特在实验室中就曾一度研究远距离迁徙的蝴蝶的生物学原理,由此三年前他发现,在C蛋白的协助下果蝇能够利用光线在地磁场中地位自己。

在此之前,C蛋白的领航能力就曾被科学家们揣测过。后来,科学家又进一步研究了C蛋白是如何像一个量子指南针般工作的。它自身电子的自旋是如何受到了光子的影响从而使动物感知到了微弱的地磁变化。在C蛋白的帮助下,动物得以根据地磁场定位自己。

关于C蛋白的研究仍存在很大的疑问。但是C蛋白在动物王国中的指南针作用却是极为寻常的,从鱼类到爬行动物再到鸟类。然而,人类中C蛋白的作用却是个例,它似乎掌管着人类的生理节律。与其说它像个指南针,还不如将其描绘成生物钟呢。

新的研究却说明人体中的C蛋白不再仅仅只是生物钟了。为了探究脊椎动物的C蛋白如何在果蝇身上起作用,里珀特选用人的C蛋白作为实验对象。他们将带有C蛋白缺陷的果蝇组织起来,发现它们在混乱的磁场中很难找到自己的位置。当研究者将人类的C蛋白注入到果蝇身上时,它们恢复了定位能力。

“这是一项令人兴奋的研究。”伊利诺伊大学厄本那•香槟分校的生物物理学家克劳斯•舒尔滕(Klasu Schulten)说,他虽然没有参与这项研究,可是却一直从事C蛋白的其他相关研究。这项研究为C蛋白在脊椎动物中的作用提供了依据,可是却提出了一个更为尖锐的问题,C蛋白在人类中如何作用呢?

“我们不能认为C蛋白在人类中起着同样的作用,但是人体的C蛋白确实为果蝇提供了地磁定位功能。”里珀特说。

人类能否感知地磁场充满了争议。上世纪80年代,英国的动物学家罗宾•贝克(Robin Baker)认为人类可以感知地磁场,但是想要多次验证却很困难。最近,德国的研究者也暗示过人类可以通过视觉感知地磁场。

这些是否会与人体中的C蛋白相关呢?C蛋白的指南针作用是否仍对人类有效呢?与此相关的推测,里珀特将会进一步研究。“想到人类具有地磁感知能力是合情合理的。”他说,“也许我们现在正以不同寻常的视角注视它了。”

舒尔滕认为,也许人类的地磁感知能力被人类的寿命取代了。他在研究中发现,C蛋白的指南针效果需要过氧化物的参与,而过氧化物中的自由基会破坏DNA。对于一个寿命不长的动物来说,这不成问题,但是对于生命长达数十年的物种来说,却几乎不可能。

尽管如此,舒尔滕认为“人类和许多其他的动物,也许在很久之前具有过地磁感知能力。”

目前,里珀特正在集中精力研究大脑是如何解读C蛋白的指南针能力。“从最基础的层面,我们想要了解C蛋白的信息是如何转化成神经信号的。”他说,“目前没有人对此进行过类似的研究。”

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博主介绍:
Brandon Keim出生在Maine,现住布鲁克林,这是个让他感到大自然蓬勃生机的地方,它们会在任何想象不到的地方生长。作为文化和科学的自由作家,他感兴趣的领域十分广泛,如科学,文化,历史和人性。他的作品遍布各个角落,如Wired.com, the Christian Science Monitor, USA Today, ABC News, Seed, Psychology Today 和 Nature Medicine。

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