揭開“第六感”之謎

揭開“第六感”之謎

有“磁覺”（“第六感”）的生物除了能利用地表附近的地磁場指示東西南北，還能通過所處位置的磁場強度以及磁傾角準確定位緯度，并且通過太陽和月亮結合地磁場的信息來確定經度。

在移動互聯網時代，沒有手機地圖導航，很多人似乎寸步難行，然而像鯨魚、鴿子等卻可以自帶“GPS”，千里之外照樣輕松返回家園。這是為何？北京大學生命科學學院的謝燦課題組發表論文，首次報道了一個全新的磁受體蛋白（MagR），該突破性進展或將揭開被稱為生物“第六感”的磁覺之謎。

導航之謎待解

自然界中有些生物，像是天生就自帶指南針，可以長途跋涉不迷路，例如帝王蝶、鮭魚、龍蝦、海龜、遷徙的鳥類等。還有一些生物，會按照地球磁場的方向筑巢、打洞或者睡眠，如指南白蟻、鼴鼠等。科學家們認為，生物之所以具有這種神奇的“方向感”，原因之一在于它們的感覺系統除了視覺、聽覺、嗅覺、觸覺、味覺之外，還有被稱為“第六感”的磁覺——即生物利用地磁場準確尋找正確的方向。

針對這種磁覺，謝燦表示目前有許多動物磁感應模型假說被提出來，主要包括基于鐵磁體的磁感應模型和基于化學反應、自由基對的磁感應模型等。

2012年，美國學者Eder等人從虹鱒魚的嗅上皮組織中分離出了可隨外部磁場旋轉的磁感應細胞，Eder認為這可以證明細胞中的磁鐵礦顆粒是磁受體。

最早由KlausSchulten在1978年提出的“自由基對理論”模型認為，磁受體很有可能來自一種名為Cryptochrome（簡稱Cry）的藍光受體蛋白。假說認為Cry在受到特定波長的光刺激之后會發生電子轉移，形成臨時的自由基對，其狀態會根據磁場的變化而快速改變，由此生成可被神經系統識別的信號，最終轉化為生物的定向指令。

謝燦和他的學生

“生物指南針”模型

以上假說并沒有說服謝燦，他提出，推動生物導航的“幕后推手”另有因素，很可能是一種全新的磁感應蛋白。

“我們意識到，在依賴于光的磁場感應過程中，Cry可能只是負責感光的受體，而感磁則另有受體。”謝燦說。但是，找到真正發揮作用的磁感應蛋白卻多虧了Cry蛋白這個“偽裝者”的幫助。Cry蛋白很可能是與某種蛋白質合作才能感受地磁場的。

謝燦的團隊首先提出了一個基于蛋白質的“生物指南針模型”。該模型認為，存在一個鐵結合蛋白作為磁感應受體，該蛋白通過線性多聚化組裝，形成了一個棒狀的蛋白質復合物，就像一個小磁棒一樣有南北極。

所以理論上，有“磁覺”的生物除了能利用地表附近的地磁場指示東西南北，還能通過所處位置的磁場強度以及磁傾角（地球表面磁場與地平線所成的夾角。一般來說，北半球的磁傾角為正，南半球的磁傾角為負）準確定位緯度，并且通過太陽和月亮結合地磁場的信息來確定經度。

“假設生物的磁導航能力來自于對磁傾角的感知，那么磁受體蛋白應該是線型或者棍狀的，就像指南針，只有這樣，它才擁有檢測夾角的能力。”論文第一作者覃思穎說。但是目前，沒有發現任何一種蛋白本身是棍狀的，所以研究團隊推測，磁受體可能經過了聚合才形成棍狀的結構，也就是說磁感應蛋白具有線性的聚合能力。

“我們預測存在一個磁受體基因magr（編碼一個蛋白質叫MgR）。我們推測由Cry與MagR形成的多聚體棍狀復合物，具有光依賴性，并具有內在磁性。Cry起到的作用并不是感磁，而是感光或者將光能轉化為電化學能，感磁則是由磁感應受體（或者稱之為磁受體）MagR來實現。兩者構成一個完整的分子機制，將光磁感應耦合起來。”謝燦說。

12536個編碼基因中尋找1個MagR

用“大海撈針”來形容科研團隊尋找MagR蛋白的過程絲毫不為過，在理論和假設即生物指南針模型的提出之后，“我們要進行全基因組篩選，包括計算機預測，生物信息學檢索，以及實驗驗證等來尋找MagR。”謝燦說。

果蠅實驗的作用不容忽視，因為存在于果蠅之中，并且屬于鐵硫蛋白大家族還能與Cry蛋白穩定結合，根據這個條件，科研團隊對果蠅的基因組進行了大搜索，在12536個編碼蛋白質的基因中找到了199種能夠結合鐵的蛋白質作為候選。

在人為挑選出14個最大可能性的蛋白質之后，Cry蛋白就要再次發揮作用了，它將被拿來與這14個蛋白質舉行“相親活動”，誰能與它最后“白頭偕老”，誰就是那個“幕后推手”。最終，只有果蠅的CG8198蛋白能夠與Cry形成穩定的結構，MagR蛋白就是它了。

那么接下來的一步便是將這對蛋白質的組合放回到“生物指南針”模型中去進行驗證。這是至關重要的一步，同時也是困難重重的一步。最終，研究者成功得到了均一的MagR-Cry蛋白質復合物，并完成了它在電鏡下的結構模型。在這個復合體中，MagR排列成碟狀，將金屬分子緊緊地圍在中心，而多個這樣的單元首尾相接，形成一個長長的棒狀結構。Cry蛋白則緊緊圍繞在這根“棒”的周圍。

還有一步實驗需要做，這是最后一個臺階，也是最為重要的，“棍棒狀”的復合物能否就像研究者說的一樣具有指南針的功效呢？謝燦團隊進行了實驗。

“在實驗中可以看到，MagR構成的棍狀蛋白質復合物在磁場下順應磁場方向排列，能被磁場富集和純化，能直接在溶液狀態下檢測到蛋白質的磁性，而且蛋白質的聚集體（晶體）具有極強的磁性和磁極。”謝燦說，歷經6年的實驗無疑是成功的。

（《南方日報》2015.12.7）