鸟类磁传感器的演化：隐花色素4基因的适应性变化揭示新线索
候鸟具有惊人的导航能力，其背后涉及多种生物机制，其中磁罗盘被认为扮演关键角色。近年来，科学家们围绕鸟类如何感知地球磁场展开深入研究，一项最新成果揭示，鸟类眼睛中特定蛋白质——隐花色素4（Cryptochrome 4，简称Cry4）的进化变化，可能在磁感知过程中发挥核心作用。
由德国奥尔登堡大学与威廉港“福格尔瓦特赫尔戈兰”鸟类研究所的科琳娜·朗格布拉克博士与米里亚姆·利德沃格尔教授领导的研究团队，对363种鸟类的基因组进行了系统分析。研究涵盖从鹦鹉到鸣禽等广泛物种，旨在从进化角度探索磁感应的遗传基础。
研究发现，隐花色素4的基因序列在不同鸟类中表现出高度可变性，与另一种关键隐花色素蛋白的稳定性形成鲜明对比。后者在调节昼夜节律方面具有重要作用，因此在进化过程中保持高度保守。而Cry4的快速变异则表明，它可能在适应特定环境条件中扮演了关键角色。
分析还显示，隐花色素4在鸣禽目（Passeriformes）中经历快速进化，尤其是在夜间迁徙的鸟类中得到了高度优化。这一结果支持了Cry4作为磁感应传感器的假说。实验与模型计算也表明，该蛋白在磁场中可能产生量子效应，进一步强化了其磁感应功能的理论。
研究者指出，隐花色素4的敏感性在迁徙鸟类如知更鸟中显著高于留鸟如鸡和鸽子。这种差异很可能源于基因序列的适应性进化，使得夜行性候鸟能更有效地利用磁感应进行导航。
值得注意的是，研究团队在三种热带鸟类——鹦鹉、蜂鸟和暴君鸟（Suboscines）中发现，隐花色素4基因已完全丢失，这意味着这些鸟类无法合成该蛋白。然而，尽管鹦鹉和蜂鸟是定居物种，部分暴君鸟却具备长途飞行能力，这引发了科学界对其磁感应机制是否独立于Cry4的疑问。
这一发现为研究磁感知的多样性提供了新思路。暴君鸟可能发展出不同于知更鸟的导航策略，或者其磁感应机制可能不受无线电波干扰，与Cry4相关的量子效应无关。科学家强调，前两种假设将为隐花色素4假说提供有力支持，而第三种情况则可能对当前理论提出挑战。
未来，研究团队计划对暴君鸟的磁感应能力进行进一步验证，以明确其是否具备磁方位感知功能。利德沃格尔教授表示，该类群为理解隐花色素4的功能，以及磁感应在鸟类迁徙中的作用，提供了天然的实验模型。
相关研究成果已发表于《英国皇家学会B级生物科学院刊》。
更多信息：Corinna Langebrake 等，《鸣禽类中假定磁感受器的适应性进化与丧失》，《英国皇家学会B：生物科学会刊》（2024年）。DOI：10.1098/rspb.2023.2308
期刊信息：英国皇家学会B，《自然》
来源：卡尔·冯·奥西茨基-奥尔登堡大学