國內外科學家熱議：北大謝燦的新發現是對還是錯？

編者按：

2015年11月16日《自然—材料》雜誌在線發表北京大學生命科學學院謝燦實驗室的文章，報道了生物體內存在一個可以感應磁場的蛋白質。這一激動人心的發現引發國內外科學家的熱烈討論。《知識分子》綜合全球二十多家媒體報道和國內一些科學家的評論，以饗讀者。

文 | 顧卓雅

「如果MagR真的是一個磁感應受體，我就把我的帽子吃了！」

奧地利維也納的分子病理研究所神經生物學家戴維?凱伊斯（David Keays）針對北大教授謝燦最新發表的論文打賭說，「這要麼是非常重要的文章，要麼完全錯了，我強烈懷疑是後者」。

2015年11月16日《自然—材料》雜誌在線發表北京大學生命科學學院謝燦實驗室的文章。謝燦實驗室發現，生物體內存在一個可以感應磁場的蛋白質，他們將其命名為MagR，並提出這是磁感應受體。如果這一發現是正確的，那麼它不僅能解釋包括白蟻、蝴蝶、鯨魚和企鵝在內的許多動物奇佳的「方向感」，還有望成為利用磁場控制細胞乃至動物行為的工具。

這個激動人心的發現立刻引起了國內外學術界的討論，並有包括《自然》、《科學家》、《衛報》在內的含英文、法文、俄文、西班牙文等諸多種語言的二十餘家國際媒體予以報道。

英國牛津大學的生化學家皮特?霍爾（Peter Hore）認為這是一篇「非同尋常的論文」。他在接受美國科普雜誌《科學家》（The Scientist）採訪時評價說，「這（MagR）是目前已知唯一一種可長時間感受磁性的蛋白質」。

麻省大學神經生物學教授史蒂文?瑞波特（Steven Reppert）不是這項研究的參與者，他對這項研究讚賞有加，「當我看到這篇文章的時候，差點窒息，它的確是一項具有創造性的研究，很多人認為磁性和感受磁性蛋白是兩種不同的蛋白」，但謝燦的研究證實MagR蛋白兼具有這兩種功能，「這項研究結論令人振奮，具有突破性」。

不過，謝燦實驗室的工作並未進行體內實驗顯示MagR可以起生物導航的作用，也還沒有闡明MagR產生磁性的原理，這也讓一些國際同行產生疑問。

紐西蘭奧克蘭大學的邁爾克?沃克（Michael Walker）教授在磁感應領域研究了數十年。他接受澳大利亞廣播公司科學頻道（ABC Science）採訪時表示，「這個假設存在很大的不確定性。就目前結果而言，我只能說研究中提供的證據經過了體外實驗的證實，但在動物體內的情況就不知道了。並沒有證據表明動物的眼部確實具備形成這種蛋白複合物的條件。」

沃克教授更傾向於相信另一個假設，他認為動物是通過鼻部的一種含有磁性氧化鐵晶體的細胞進行導航的。他補充說，這個假設背後有大批研究的支持，例如鼻部麻醉的鴿子無法正常導航。而這些研究完全沒有提及眼部在磁感導航中的作用。所以，沃克教授明確表示，「在磁鐵假設和光敏蛋白假設之間，我選擇支持前者。」（以前常見「磁鐵假設」和「光敏蛋白假設」，後者指光敏蛋白產生自由基對出現電子流。）

儘管謝燦表示兩種假設都具備「可靠的理論和實驗基礎」，沃克教授卻認為，自然選擇讓兩種或以上生物「指南針」存在的可能性微乎其微。

專門從事磁感應受體研究凱伊斯接受《自然》採訪時則提出另外一個問題，「鑒於生物體里的鐵含量那麼少，在生理體溫條件下，MagR能不能在生物體內顯示出磁力特性是一個問題」。

由於不清楚蛋白質如何感磁，更不知道大腦如何處理磁信號，一些科學家的評論顯得很猶豫。德國慕尼黑大學磁學專家和地球科學家邁克爾?文克霍夫（Michael Winklhofer）接受《自然》採訪時，甚至擔心MagR表現出的生物羅盤活性可能是實驗污染的結果。他正在組織實驗來重複謝燦團隊的工作。但他也認為，如果證明MagR的磁性，它會成為揭開磁感應分子機理的很大一步。

對於這些質疑，謝燦對《自然》表示這個報道僅僅是他對於過去六年工作的總結，希望更多的實驗室能夠進一步論證這個結論，比如在果蠅中使這個基因失活，看看會不會影響動物的方向感。謝燦表示他已經對磁遺傳學和蛋白對大分子的磁控能力提交了專利申請。他也正在研究MagR蛋白在其他動物包括人類體內的結構。他認為人類MagR蛋白中的多態性可能會與不同人方向感好壞的差異存在關聯。

不少科學家也表示對謝燦實驗組的研究所帶來的影響感到振奮。哈佛大學生物物理學家周界文（James Chou）表示，「我認為磁受體蛋白MagR被謝燦實驗組發現，的確是這一領域一個巨大的突破，但他的結論或許並不可信，因為它僅僅只利用了一種模型」，儘管如此，「這項研究能夠啟迪研究者未來對MagR蛋白結構功能進行深入研究」。

很多國內科學家對這一發現感到很振奮，但也有國內科學家認為論文的證據不足夠。也有科學家認為謝燦實驗室的創造性探索值得鼓勵，但也需要更多嚴謹的驗證和發展。有北大內部學者就此評論道：「有磁性和感受磁性，是兩種不同的特性。謝燦實驗室雖然起步是找感應磁性的蛋白質，但他們其實有意外的發現，發現MagR不僅能夠感受磁性，而且本身就有磁性。這兩個發現，只要其中一個是正確的，就很新穎，如果兩個發現都對，那麼意義就更大」。

牛津大學量子物理學家西蒙?本傑明（Simon Benjamin）則對MagR-Cry這種磁感應蛋白複合體在發展新技術方面的潛力進行了分析。他在接受英國《衛報》採訪時指出，即使MagR-Cry蛋白複合體最後被證明不是自然界中的生物指南針，這一發現也令人興奮，因為它可以用來開發「更為廉價、小巧、堅固或者更敏感的磁場感測器」。「很多地方都可以用到這種感測器，從礦山測繪系統到移動手機上的地圖導航都會用到。」他說。

鑒於該研究的重要性，相信在不久的將來，謝燦實驗室的發現將進一步得到檢驗，其意義也將更加清楚。不管凱伊斯最終要不要吃他的帽子，我們都期待後續的研究，繼續揭示生物磁感應更多的奧秘。

（華夢藝對本文亦有貢獻。）

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