我們都知道包括鳥類在內的很多動物都有極強的路線認知能力，如家燕在越冬返回後還能找到舊的巢穴，信鴿在1000公里外也能飛回家中，大部分遷徙的鳥類往返的地點都準確無誤，繁殖的海龜能在很遠的地方游回它出生的海灘……它們都是怎麼做到的？雖然其中的秘密還沒有完全揭開，但是大部分生物學家認為包括鳥類在內的不少動物都有一套地磁感應系統，一些研究也已經揭示了這一推論的正確性。

我們人類對地球磁場毫無感應，那麼鳥類等動物如何會感應地球的磁場呢？一些新研究已經揭示了鳥類的某些蛋白質具有磁敏感性，如科學家曾發現在施加磁場時，鳥類的海拉細胞熒光會變弱；還有Cry蛋白也被認為對地磁有觸發反應，奧秘正隨著科學家們的深入研究而一步步揭開。

據《科技日報》6月24日報道，中國科學院合肥物質科學研究院的強磁場科學中心磁生物學研究團隊謝燦課題組在這方面已經與國外團隊合作研究取得了新成果，報道稱該團隊與英國牛津大學、德國奧登堡大學等實驗室組成的國際合作研究團隊在動物磁感應和生物導航領域進行了深入研究並取得了重要突破，研究成果揭示了遷徙鳥類對地磁場感知的量子生物學原理，從根本上解決了鳥類磁場感應的秘密。

研究者們應用磁共振光譜學等手段對幾種鳥類的磁感應關鍵蛋白Cry進行了深入分析，首次發現遷徙的候鳥的Cry蛋白對地球磁場的敏感性顯著大於其他留鳥，顯示出遷徙鳥類對地球磁場的感應能力要顯著大於非遷徙鳥類，這或許是因為遷徙的候鳥更需要利用地球磁場的磁力線來確定方向和位置的原因，這就相當於它們自帶了一套導航系統，而遷徙的候鳥要比不遷徙的留鳥的導航能力更強。

Cry蛋白怎樣對磁力線產生感應的呢？研究團隊發現其敏感性主要體現在“自由基對”中糾纏電子自旋狀態的改變，其磁感應機制源於內部電子行為，實驗發現在藍光激發後，Cry蛋白中的輔基FAD會發生還原反應，外圍電子會在Cry蛋白中TrpA、TrpB、TrpC、TrpD四個保守色氨酸（Trp）之間進行連續跳躍。當電子的跳躍轉移發生在兩個分子之間時，會留下兩個未配對的電子，每個分子上有一個，而電子向原始分子的反向轉移又會要求這些電子的量子自旋相反，表現為一個向上自旋，一個向下自旋，而這種電子跳躍正是對磁場高度敏感的物理效應的體現。這些電子的自旋和跳躍，上升和下降狀態的變化，會在某種程度上改變蛋白質分子的性質，從而激發出某種神經訊號，經由鳥類的大腦捕獲之後，便能體現為對磁場的靈敏感應。

研究團隊透過這一量子化學實驗和對此進行的理論計算，首次發現Cry蛋白中的這一電子傳遞過程同時承擔了“磁感應”和“訊號傳遞”兩種功能，可以將電感受性轉換為磁敏感性。相關論文已於6月23日以封面長文的形式發表在權威科學期刊《自然》雜誌上。

鳥類擁有這套地磁感應系統並沒有佔用它多少生理空間，比如鴿子的磁場感應器官就在它的喙部，看上去只有一平方毫米大小，宛如鑲嵌了一顆導航晶片，再如上面所講的電子躍遷級別的微小物理反應居然能被生物利用到磁場辨別而成為一種生理功能，生物生理的奇妙真是讓人歎為觀止啊，仿生學今後還將給人類科技的發展以極大的啟發。

參考資料：

《科技日報》6月24日的文章《重要突破！遷徙鳥類對地磁場感知的量子生物學原理被揭示》