新發現：鳥類天生自帶導航，能看見地球磁場

04-26

鳥類可能比許多人更了解量子物理學 -他們是與生俱來的。

為了幫助它們在全球各地進行長距離遷徙，鳥類被認為在它們的眼睛中含有能讓它們看到地球磁場的蛋白質，有點像天然的頭戴式顯示器。兩個科學家小組現在認為他們已經確定了在這個過程中光敏蛋白質是關鍵，這個過程依賴於一個叫做「自旋」的電子的一個固有屬性，它是量子力學中最具量子力學性質的一個。

這種蛋白質是如何工作的呢？你可能還記得，原子由一個由電子圍繞的原子核組成。這些電子中的每一個都有自旋，可以是「向上」或「向下」。自旋基本上使每個電子都成為一個小的棒狀磁鐵。

兩項最新研究 - 一項是3月28日發表在英國皇家學會界面雜誌上的一篇研究斑馬雀的報告，另一篇是在1月22日發表在當代生物學雜誌上的一篇關於歐洲知更鳥的研究報告 - 它們都指出了Cry4，一種在視網膜中發現的光敏蛋白質。如果研究人員是正確的，這將是第一次在動物身上發現負責檢測磁場的特定分子。

正如生物物理學年度評論中的一篇論文所述，一些分子具有奇數個電子，留下一些沒匹配的，使得這些電子對外部磁場很敏感。你可以同時產生兩個這樣的「自由基」分子 - 也許一個分子給另一個分子一個電子，或者一個分子分裂成兩個，這樣每個分子都有一個不成對的電子。現在兩部分中的每一部分都有一對相關電子，形成兩個基於自旋的狀態中的一個：指向相同的方向或指向相反的方向。

在也有自旋的氫和氮核的幫助下，電子在外部磁場中在兩種狀態之間振蕩。這個過程甚至可能對地球非常微弱的磁場敏感。與磁場相比，分子的方向改變可以改變振蕩的性質。

如果你在一個化學反應中有這樣對這種振蕩敏感的一對自由基，地球的磁場可能會改變反應的結果。如果這隻鳥面對一個方向，那麼這些自由基就會組合成一個最終產物。如果這隻鳥面對另一個方向，那麼自由基會保持分離。如果這種反應發生在鳥的眼睛裡，也許它們可以真的看到地球的磁場。

現在，一個研究小組研究了雀類中幾種可能的光敏蛋白質，發現其中一種蛋白質Cry4在白天不斷產生，但不像其他蛋白質在白天會有變化。研究知更鳥的團隊發現，在鳥類的眼睛中發現了Cry4，而在遷徙季節，鳥類產生了更多的Cry4。

這項研究的作者之一，德國生物與環境科學研究所的Henrik Mouritsen告訴Garisto說，這不是確鑿的證據。也許接下來他們會研究沒有Cry4的鳥類。

所以，鳥類並沒有像科學家研究鳥類那樣研究量子力學。但是它們可能需要對自旋有與生俱來的理解，這是量子力學中最重要的東西之一，只是為了四處遷徙。