鴿子能感應地球磁場的機制

對許多動物而言,能準確判斷自身地理位置,並正確地朝目的地前進(導航),是維繫生存的重要能力。鳥類,是科學家長期研究導航行為的生物,因為它們在夜間或在烏雲密布的天空下遷徙時,仍能往對的方向飛行。鴿子則會利用視覺地標和環境氣味判斷位置,並可能搭配磁場來輔助導航。當視覺等線索受限時,許多物種會轉而依賴磁場來辨識方向,但科學家始終難以確定鳥類究竟如何感應地球磁場。目前學界主要提出三種假說:第一,鳥類眼中的隱花色素會在光照下產生自由基反應,讓鳥類「看見」磁場,但此機制依賴光線,難以解釋鳥類在完全黑暗中仍能導航;第二,上喙細胞中的三價鐵或磁鐵礦顆粒會隨地球磁場排列,並透過三叉神經傳遞方向訊息;第三,磁場變化可能影響細胞的離子通道活性,但至今仍未找到負責感應的細胞類型與神經路徑。這三種假說都無法完整解釋鳥類的磁場感應能力,導致這個謎題長達數十年懸而未解。有研究團隊先前發現,小鼠與人類脾臟中的巨噬細胞,會因分解老化紅血球而從血紅素釋放鐵,並以鐵蛋白的形式儲存於細胞內,進而使這些巨噬細胞具有超磁性(superparamagnetic macrophages),但這種特性是否與磁場方向感有關,始終未知。

近日,德國波昂大學等機構所組成的研究團隊,利用磁力測量法篩選鴿子的肝臟、脾臟、肌肉與喙,發現只有肝臟與脾臟在溫度12 K時出現明顯的磁性遮蔽效應。普魯士藍染色顯示,肝臟中含有大量三價鐵細胞,脾臟中較少,而腦、肌肉、眼睛與喙則完全沒有。研究人員進一步以基因序列分析與吞噬能力測試,確認了這些含鐵細胞是巨噬細胞,且與肝臟內的神經纖維相距不到2微米。為驗證巨噬細胞與導航能力的關聯,研究團隊以clodronate liposome清除活體鴿子的巨噬細胞後,並在完全陰天時放飛:對照組的鴿子都在70分鐘內返家,而清除巨噬細胞的信鴿卻全數迷失方向。研究團隊據此推論,鴿子肝臟中的超磁性巨噬細胞能感應地球磁場變化,並透過迷走神經等周邊神經將訊息傳遞至大腦,這成為了解釋鳥類磁場方向感的第四種機制。

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