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鸟类独特磁感能力 眼睛和嘴是磁场探测器
     
时间: 2021-06-19 12:48 来源: 未知 字体显示:

  在动物所掌握的所有超级感觉中,感觉地球磁场的能力很可能是最令人费解的。从二十世纪六十年代我们就知道鸟类有这种能力,但是每一次尝试探索这种磁感能力都似乎让这件事情进一步复杂化。

  科学家已经发现鸽子大脑中能够译码磁场的神经元

  看一下最新的发现。贝勒医学院的吴乐青和大卫-迪克曼已经发现鸽子大脑中能够译码磁场的神经元。它们根据地磁强度和指向方向而以不同的方式散布。这是一大进步。科学家们已经鉴定出了对于磁感有重要作用的大脑部分,但是没有人能够成功确认导致这种感觉的真正神经元。研究磁感的米利亚姆把它称为“这一领域的里程碑”,它是长期以来都难以获得的关键谜题部分。

  但是吴和迪克曼的发现没有解决这个磁感谜题。如果有的话,它使这个谜题更加复杂。直到最近,科学家们认为鸟类有两个单独的磁场探测器,一个在眼睛中一个在鸟嘴中。似乎新的磁性神经元并未连接到任何一个探测器上。迪克曼说“我们不能确定信号来自哪里。”如果这些神经元对磁场做出反应,鸟类的哪一部分把信息传递给它们,还存在第三个传感器吗?

  寻找神经元

  吴和迪克曼把鸽子放置在一组能够产生定制磁场的线圈中来寻找它们的神经元。首先他们控制线圈取消了鸽子头部周围的地球磁场,接下来,他们创造了自己的磁场而且逐渐改变它们的强度和方向。随着磁场移动,吴和迪克曼记录了鸽子脑干前庭的独特神经元活动,这个区域联系着大脑和脊柱而且也涉及到平衡。在早期试验的基础上,他们知道当鸽子使用它们的磁感能力时这一区域的神经元发生变化。

  他们发现它们周围磁场强度变化时有53个向不同方向移动的神经元。它们对地球磁场自然产生的一系列强度最敏感。它们的方向也因磁场在地平线上的指向而不同。最后一点是一个惊喜。二十世纪七十年代的早期试验表明鸟类对地球磁场的极性并不敏感。但是吴和迪克曼的试验表现出另外的性质。当“北极”在鸟脑袋周围移动的时候,神经元完全指向了一个方向,而且在相反的极性则表现最弱。

  现在,这两位想要了解鸟类如何使用这种信息来导航。这很容易猜测。方向感告诉鸟类向哪飞,就像一个指南针。高度感提供了关于纬度的信息。强度感能够告诉鸟类它到底在哪,因为地球各地的磁场强度是不同的,通常都有很好的标度。这些都是似乎可信的理论,但是事实上它怎么工作是另外一回事,而且有一个更大的奥秘。

  传感器在哪?

  如果这些神经元处理磁场,什么反馈给它们信息呢?指南针在那里?我们知道鸟类在它们的眼中有一个指南针,依靠的是名为隐花色素的蛋白质和一点量子力学。当蛋白质感觉到蓝色光,它把它的电子之一分流到一种名为FAD的合作分子。电子通常都是成双成对的,而且携带单独电子的分子被称为自由基,就如隐花色素和FAD现在正在进行的。

  电子拥有旋转的性能,隐花色素和FAD的电子连接在一起,因此它们或者一起旋转或者反向旋转,这些状态拥有不同的化学性能,而且自由基对能够在它们之间碰撞。这里就是地球磁场进来的地方,它能够影响这些碰撞。在这种情况下,它能够影响自由基对参与的化学反应的结果或者速度。这就解释了活的细胞如何能敏感察觉这样弱的地球磁场。这同样解释了为什么鸟类需要依靠体内的罗盘飞行。在百叶窗笼子中的一只知更鸟会尝试在这个困境中逃离出去,即使它看不到任何的地标。如果你遮盖住知更鸟的右眼,它就会失去方向感。

  隐花色素存在于视网膜中,而且似乎它连接到名为Cluster N的大脑部分。直到今天,我们仍然不知道关于磁场的信息如何从眼睛中传递到大脑,或者在那里它如何处理。帮助揭开磁感角色的托斯滕-丽兹曾经告诉我:“我们需要找到磁性神经元。”

  吴和迪克曼的研究或许看起来提供了答案,但是不是的。他们鉴定的脑干神经元完全不靠近Cluster N区域,而且它们对于磁场的极性做出反应。迪克曼说:“隐花色素的观点不能为你提供极性信息。”他们两人认为鸟类磁性神经元的性能更像用磁铁矿做成的传感器,这种磁铁材料能够用作小的罗盘。直到最近,科学家们认为鸟类在它们的鸟嘴中有这样的传感器。鸟嘴中的神经元可能含有磁铁矿晶体,而且通过三叉神经像大脑传递信息。每件事都似乎说得通。

  但是本月初发表的一项研究中驳斥了这一观点。克里斯多夫-特莱柏表示在鸟嘴中的地铁矿事实上发现于名为巨噬细胞的免疫细胞中,而不是神经元,而且它们并不包含磁铁矿。相反的是这些细胞简单的从红细胞中回收铁元素,而不是使用它们感觉磁场。或许在鸟嘴中仍然存在一个磁性传感器,但是它同人们假设的完全不同。

  因此如果脑干中的磁性神经元并不是从眼睛或者鸟嘴中获得它们的信号,什么替代了它们呢?迪克曼认为答案在于内耳,而且那就是他正在研究的部位。他说:“或许大脑中有两个甚至三个接受器一起工作。”比如说,当你走来走去的时候,你的大脑把你眼睛看到的信息和内耳获得的信息结合起来,或许磁感以同样的方法工作。

     
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