鸟类内部罗盘背后的量子化学反应

研究人员在迁徙的知更鸟的眼睛中发现了一种自由基对反应，这可以解释鸟类如何利用地球磁场来导航。

一些英国知更鸟每晚要飞行200英里(320公里)，但事实并非如此所有这些迁徙——飞到西班牙南部或葡萄牙过冬。就像人类使用指南针一样，这些鸟可以感知地球微小的磁场。但他们如何做到这一点仍不确定。

1978年，物理学家克劳斯·舒尔滕(Klaus Schulten)首次提出了激进对反应可能是鸟类磁场敏感性的基础。自由基对是场敏感的，因为每个自由基的未配对电子都有一个自旋产生的磁矩。这对粒子有两个自旋反平行的单线态和平行的三重态。在磁场中的反应可以影响自由基对中间体，从而改变产物的分布。

2000年，在Schulten和他的同事Thorsten Ritz提出之后，研究界开始关注Schulten的提议中一种可能是鸟类磁感的原因。在脊椎动物中，隐色素扮演着维持24小时生物钟周期的角色。在其他生物中，它们会发生光化学自由基对反应——这就是它们在植物中调节生长的方式。

现在，英国、德国和中国的研究人员首次在实验室合成的隐色素4中显示了一种自由基对反应，隐色素4是一种在夜间迁徙的欧洲知更鸟眼睛中发现的蛋白质。隐色素结合氧化形式的黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)辅因子。当暴露在蓝光下时，FAD可以被还原为自由基，随后形成一对自由基。然后，它可以被再氧化或进行进一步的反应——这些反应的相对可能性取决于自由基对的自旋状态。

第二种反应的产物可能是一种刺激鸟类大脑神经元的“信号状态”。物理化学家解释说:“最终结果是，一旦所有的自由基都反应回到它们开始的地方，或者向信号状态前进，你就会得到蛋白质信号状态的数量，这取决于自由基对生命周期内场的存在、强度和方向。彼得·马他是领导这项研究的研究人员之一。在非迁徙的鸽子和鸡身上发现的隐色素4没有表现出这种磁场依赖性反应。

磁的愿景

霍尔说:“隐色素似乎位于锥细胞中，锥细胞主要用于色彩视觉，而鸟类和人类一样，在弱光条件下看不见颜色。”“这些鸟儿是夜间迁徙的，所以在夜间，鸟类需要使用指南针时，视觉信号通路可能被磁场信号所取代。”这只是我们正在研究的一个推测，但这是一个非常有吸引力的想法，鸟类真的能看到磁场。”

Eric逮捕令瑞典隆德大学的教授对此印象深刻。他说:“(研究人员)已经成功揭示了隐花色素的三个生物物理特性，使其能够作为磁感分子。”'他们已经证明非常清楚的第一件事是彻底对高磁感在欧洲罗宾…第二,反应产物形成足够大的收益率是实际有用的信号物质,第三是他们产生足够长的时间——至少毫秒的顺序——能够激活神经元…这还没有被证明(机制)完全,但它给我们带来了真的,非常接近。”

但是行为生物学家Roswitha Wiltschko德国法兰克福歌德大学的教授对此表示怀疑。虽然她是隐色素自由基对假说的支持者，但她认为，研究人员的隐色素4机制的几个方面与对活禽的研究不一致。例如，她说，它需要蓝光，而鸟类可以感知窄带绿光中的磁场。她说:“我并不反对这项研究本身，这可能没什么问题。”“但把它解释为磁传感器，这肯定是不对的。相反，她主张另一种假说，涉及隐色素1。

研究人员希望活体动物试验将证明是可能的，但霍尔说，这将是困难的，因为迁徙的知更鸟不能圈养繁殖。