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中外团队合作破解迁徙鸟类利用地球磁场“导航”原理

中外团队合作破解迁徙鸟类利用地球磁场“导航”原理

2021年06月24日 15:25 来源:中国新闻网参与互动参与互动

  中新社合肥6月24日电 (吴兰 赵盛)记者24日从中国科学院合肥物质科学研究院获悉,该院研究团队与英国牛津大学、德国奥登堡大学等实验室组成的国际合作研究团队,在动物磁感应和生物导航领域取得重要突破——破解迁徙鸟类利用地球磁场“导航”原理。

  相关研究成果6月23日以封面长文的形式发表在国际权威期刊《自然》(Nature)上。

  地球上许多生物在几十亿年的进化过程中,发展出利用微弱地磁场在海陆空不同空间、不同尺度上实现精确定向和导航的能力,其科学原理尚未明确。“迁徙动物如何利用磁场找到回家的路”被《科学》杂志列为125个尚未解决的重要前沿科学问题之一。

  据介绍,磁场的穿透性使得磁场刺激能够远程地无损地深入生物体内部,如大脑深处。利用磁场控制细胞或生物体有着无可比拟的优势,这也成为最近十年的研究热点。因此,阐明动物感知地球磁场进行迁徙和导航的原理,同时揭示磁场对细胞或生物体的控制机制,不仅在基础研究中具有重要意义,也是生物磁控技术和不依赖于卫星的新一代导航定位技术的需求。

  中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心谢灿课题组与英国牛津大学Peter Hore教授、德国奥登堡大学Henrik Mouritsen教授的相关实验室组成的国际合作研究团队应用磁共振光谱学等手段,对几种鸟类的磁感应关键蛋白Cry进行了深入研究,首次发现迁徙鸟类如欧洲知更鸟的Cry蛋白对磁场的敏感性显著大于非迁徙鸟类,这种敏感性主要体现在“自由基对”中纠缠电子的自旋状态的改变。

  研究还揭示Cry蛋白磁感应机制源于其内部电子行为,这种电子跳跃对磁场高度敏感。量子化学实验和理论计算首次发现,这一电子传递过程同时承担了“磁感应”和“信号传递”两种不同的功能。该研究一定程度上揭示了迁徙鸟类对地磁场感知的量子生物学原理,为未来动物磁感应和生物导航研究指明了方向,同时也为仿生导航和生物磁控技术的发展提供了理论指导。(完)

【编辑:苑菁菁】
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