人类未来或许能像鸽子一样感应地磁场

科学家谈赛鸽巨噬细胞人类未来也许能像鸽子一样感应地磁场

       巨噬细胞概念图。从基本结构和功能上来讲，人类的巨噬细胞和其他生物并没有明显的区别。鸽子会认路的奥秘也许在于巨噬细胞，或许有一天人类也会因此而具备导航的能力。

最新研究发现，或是特定细胞使鸽子具有认路能力

　　科学家们早就知道家鸽运用地磁场来导航，但直到2007年，科学家们才在家鸽上喙皮肤神经细胞的分支里发现了由磁赤铁矿和磁铁矿组成的细小含铁粒子。人们相信，是地磁场引导鸽子在一个陌生的位置中找到回家的路。

　　最近，奥地利维也纳研究所的分子病理学专家的最新研究发现，那些导致信鸽有认路能力的颗粒实际上是巨噬细胞，而这些细胞不仅仅存在于鸽子的嘴上。有研究者展望，如果能探明动物“导航”的机制，改变人类身体内特定物质，人类未来也许能像鸽子一样感应地磁场，具备导航的能力，并预测地震、海啸等自然灾害。

　　策划：赵洁

　　采写：黄岚

　　图片：Gettyimages

　　许多动物能感知磁场

　　你是否曾经好奇：为什么那些进行大迁徙的动物，无论是鸟类、鱼类，还是哺乳动物，从来不会在漫长的旅途中迷路？事实上，许多不同的动物都具有磁力感――能够感知地磁场的方向和强度的能力，这能帮助它们探测迁徙的路线。譬如说幼年海龟，就能凭借对地磁场的判断往返于整个大西洋。

　　毕业于瑞士伯尔尼大学生态和进化研究所的刘阳博士一直以鸟类为研究对象，他在接受本报专访时表示：“大自然中的生物都生活在地磁场中，它们进化出利用地磁来辨别方向的能力，特别是对于那些需要长途迁徙的动物。科学家也提出了生物界‘磁场定位与导航’的假说，并且利用实验证明了某些种类的动物的导航能力确实跟地磁场有关。”他介绍，这在鸟类里就有不少著名的例子，比如鸭雁类、家燕、雨燕、北极燕鸥等。他相信鸟类与爬行类、兽类由于在进化上具有亲缘关系，所以可以预期它们在磁场定位的机制可能类似。

　　鸽子会认路

　　或因为巨噬细胞

　　地磁场对于人类来说充满了神秘的色彩。刘阳博士认为，长期以来，鸟类如何准确地导航是人类一直想要解决的问题，而生物界“磁场导航”的假说，仍然存在争议――动物体内是否具有天然的“磁场受体”，来充当指南针的角色呢？

　　最近，奥地利维也纳研究所分子病理学的专家有新发现。研究者Keays表示：“鸟类和其他很多种群都可以探测到地磁场，因此它们必须有一些细胞可以提供这种能力，我们现在有希望可以找到那些细胞。”他们的研究发现，鸽子体内的巨噬细胞在起“导航”的作用，这是一种可以保护鸟类免受感染、与脑部没有任何关系的白血细胞，不仅仅在鸽子的嘴上能找到。

　　刘阳博士觉得“巨噬细胞效应”的提出很有新意。“Keays的研究发现，鸽子嘴上的‘磁场受体’并不是什么特殊的细胞，就是大家都知道的免疫系统中的‘巨噬细胞’，这种细胞在身体其他组织中也有分布。这样出乎意料的发现，颠覆了之前一些重要的结论，引起学术界的热烈讨论。”他认为，细究起来，这个实验只是根据鸟喙上特定部位细胞的分布和富集程度而得出的结论，他们的研究并不能说明之前发现的那些细胞在导航上就不起作用，更重要的是他们还未能解释巨噬细胞在鸟类导航中的机理，这也是他们最受同行质疑的地方。刘阳博士相信，研究者Keays领导的团队接下来应该会继续深入研究这个问题，我们不妨拭目以待。

　　特定蛋白使鸟类能导航

　　“我们知道相互吸引的原理，在这个假说的框架之下，我们很自然地联想到，这个受体应该跟铁元素有关。”刘阳博士说，“除了充当着‘磁场受体’角色的含铁粒子之外，有研究者还发现，鸟类的眼中存在着一种叫cryptochrome的蛋白，当这种蛋白受到光线的激发后会产生极性，对磁场敏感，通过神经簇传导到大脑中来辨别方位。”

　　他认为，cryptochrome蛋白不仅在鸟类里有，在人类等哺乳动物中也存在。在人体里，这类蛋白和我们的生物钟有关。因此，揭开“磁场受体”奥秘的第一步，可以从cryptochrome蛋白入手，了解编码这个蛋白的基因在不同类群的物种里面的进化，比如序列差异、表达的差异、进化关系等等。

　　刘阳博士举例说，地标如果消失了，在没有太阳的时候，鸟类依然可以找到自己的“家”，但是如果改变了磁力线，或者对磁场进行干扰，鸟类就会出现定位错误。这说明了“磁场定位”是最重要的定位机理。

　　改变身体某种物质

　　人类或许也能感应磁场

　　研究者Keays提出，若是找到了鸽子的磁场受体，不单会解开关于磁场之说的谜团，还可以用作医用。对此，刘阳博士认为，如果能够清楚地了解“鸽子归家”的机理，会对我们认识自然界动物如何利用地磁来进行精确定位有突破性贡献，特别是如果我们能找到这个现象的分子机制――即我们了解到是哪些蛋白质在起作用，这些受体蛋白是如何进行信息传递的，编码这些受体蛋白的基因的序列是如何的，在不同生物中的变异又是怎么样的。但要解释清楚这些问题需要进行大量的实验论证。

　　“距离我们能够利用这些受体蛋白，在人类身上应用的那一天或许还有些遥远。而有实验证明，人类的cryptochrome蛋白可能使人类具有一定的感知地磁场的能力。我也在考虑，为什么有的人方向感极强，有的人却是‘路痴’？或许跟cryptochrome蛋白有关。”他说，“假设我们能提高cryptochrome蛋白或者其他相关蛋白在人类体内的表达，也许人类可以像鸟类那样，依靠自身的能力，而非地图或者工具找到目标地点。但是为什么人类这方面的能力不如家鸽等动物呢？在漫长的进化过程中又发生了什么呢？这些问题或许是我们在应用之前需要先解决的。”

　　人体若能感应磁场，

　　或能预测地震、海啸

　　地球的磁场很不稳定，每隔几百万年左右，它就会反转，也会晃动。“假使人类有了感应地磁场的能力，应该能够精确地感知磁场在时空上的巨大改变。更为重要的是如果我们可以找出磁场改变的深层次原因，因为它们或许预兆着地震、海啸等地质灾害，还有太阳风暴等天体的活动。”刘阳说，“试想鸟类那么小的体形，能够进化出十分精确巧妙的导航结构和机制，我们可以预期这种系统要比人类利用磁铁作为指南针更为经济，比发射卫星到太空建构全球卫星定位系统要更加经济。我们一旦全面掌握了动物导航的机制，就极有机会模拟这种机制，制造出‘生物磁极导航系统’。这种传感器也许会比现在使用的卫星导航系统更加精确，而且不会受地形、气候等因素的影响。我想这个创新如果可以实现，将具有里程碑式的意义。”

　　四种推测

　　关于鸽子“导航能力”的成因，除了“地磁场说”这一理论之外，还有以下几种“著名”推测，刘阳博士逐一进行了分析。

　　推测1：使用地标来导航

　　当飞短途或者熟悉的长途时，家鸽会使用地标，这通常包括道路。

　　分析：很多鸟类在迁徙过程中会利用地标来进行导航。这很容易理解，因为这些天然“指示物”方便鸟类辨别方向，并形成固定的迁徙路径。

　　推测2：利用生物钟导航

　　鸽子会比照它们的生物钟来判断太阳的位置，也会运用星星和月亮来认路。甚至在天空阴沉时，它们仍然能找到回家的路。

　　分析：不同种类的动物可能不一样。因为鸽子等鸟类是白天飞行，鸭雁类、鸻鹬类也是白天迁徙的，但是很多雀型目的鸟类在夜间迁徙，它们显然就无法利用星辰和月亮来定位。

　　推测3：根据气味导航

　　家鸽被认为有一种“嗅着气味回家”的能力，不过这不适用于离家较远的距离。不同的认路回巢的方法，其运用程度有差异，这取决于鸽子的种类。

　　分析：这种机制在鸟类中应该不是很普遍，因为除了极个别鸟类类群之外，鸟类的嗅觉并不十分发达。

　　推测4：光化学罗盘导航

　　鸟的眼睛里包含一种能接收光线的特别粒子，它能与大脑中的视觉中心相联系。就像指南针依靠其中一根细小的磁铁来“指南”，鸟儿的眼睛也有指南针般的作用。

　　分析：这就是前面提到的cryptochrome蛋白，是较新的一个研究成果。需要强调的是，这些不同的导航机理可能同时被动物运用，当然它们的重要性是不同的。