为鸣禽提议的量子罗盘变得更加合理

研究人员怀疑一些鸣禽使用“量子罗盘”来感知地球磁场，帮助它们在每年的迁徙过程中分辨南北(SN:4/3/18)。新的测量结果支持这样一种观点，即鸟眼中称为隐花色素4或CRY4的蛋白质可以用作磁传感器。该蛋白质的磁灵敏度被认为依赖于量子力学，即描述原子和电子尺度物理过程的数学(SN:6/27/16)。如果这个想法被证明是正确的，对于想要了解量子原理如何以及何时在各种生物过程中变得重要的生物物理学家来说，这将是一个进步。

研究人员在6月24日的《自然》杂志上报告说，在实验室实验中，欧洲知更鸟(Erithacusrubecula)视网膜中的CRY4类型对磁场有反应。这是它用作指南针的关键属性。“这是第一篇真正表明鸟类的隐花色素4具有磁性敏感性的论文，”瑞典隆德大学的感觉生物学家RachelMuheim说，她没有参与这项研究。

科学家们认为，当蓝光照射到蛋白质上时，CRY4的磁感应能力就会启动。该光引发了一系列围绕电子穿梭的反应，从而在蛋白质的不同部分产生了两个不成对的电子。由于电子的自旋量子特性，这些孤立的电子表现得像微型磁铁。

两个电子的磁铁可以指向彼此平行或指向相反的方向。但量子物理学表明，电子不会选择任何一种排列方式。相反，它们存在于称为量子叠加的边缘地带，它仅描述了在任一配置中找到电子的概率。

磁场改变了这些概率。反过来，这会影响蛋白质形成改变版本而不是返回其原始状态的可能性。鸟类可能能够根据产生多少改变的蛋白质来确定它们在磁场中的方向，尽管这一过程尚不清楚。“这只鸟是如何看待这一点的?我们不知道，”牛津大学的化学家彼得·霍尔说，他是这项新研究的合著者。

德国奥尔登堡大学的JingjingXu说，隐花色素在鸟类内部指南针中发挥作用的想法已经存在了几十年，但“没有人能够通过实验证实这一点”。因此，在这项新研究中，Xu、Hore及其同事观察了分离的蛋白质被蓝色激光照射时发生的情况。在激光脉冲之后，研究人员测量了样本吸收了多少光。对于知更鸟CRY4，磁场的加入改变了吸光度的量，这表明磁场正在影响产生多少改变形式的蛋白质。

当研究人员对在非迁徙鸡和鸽子中发现的CRY4进行相同的测试时，磁场几乎没有影响。加利福尼亚大学欧文分校的生物物理学家ThorstenRitz说，候鸟对CRY4中磁场的更强反应“可能表明候鸟的隐花色素可能真的有一些特别之处，它们将其用作指南针”。

但Ritz和Muheim都指出，对鸡和鸽子的实验室测试表明，这些鸟可以感知磁场。目前尚不清楚知更鸟CRY4在实验室测试中的更高灵敏度是否是候鸟具有更好磁传感器的进化压力的结果。

使结果的解释更加困难的一个因素是分离蛋白质的实验与鸟眼中的条件不匹配。例如，Xu说，科学家们认为这些蛋白质可能在视网膜内沿一个方向排列。为了进一步阐明这个过程，研究人员希望在未来对实际视网膜进行研究，以获得真实的鸟瞰图。

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