鸟类磁传感器的进化优化路径

鸟类磁传感器的进化优化路径

鸟类的迁徙行为依赖于高度精确的导航系统，其中磁罗盘是一个关键组成部分。由德国奥尔登堡大学与威廉港“福格尔瓦特赫尔戈兰”鸟类研究所的研究人员共同开展的一项新研究，揭示了鸟类视网膜中一个关键蛋白质——隐花色素4（Cryptochrome 4, Cry4）——在磁感知机制中可能扮演的角色。

研究团队分析了363种鸟类的基因组，涵盖从鸣禽到鹦鹉等广泛物种，发现隐花色素4在不同鸟类中展现出显著的进化差异。而在一些热带鸟类中，如鹦鹉、蜂鸟和暴君目（Tyranni）鸟类，隐花色素4的基因信息完全丢失，表明这些物种已经不再依赖该蛋白进行磁感知。

研究者指出，隐花色素4的进化模式与鸟类迁徙行为密切相关。例如，鸣禽目中的知更鸟对磁场的敏感性远高于留鸟如鸡和鸽子。这表明隐花色素4的磁感应能力可能在迁徙鸟类中得到了特定优化。

早在2021年，德英联合团队已在《自然》杂志上提出，隐花色素4可能通过量子相干机制介导鸟类的磁罗盘功能。研究人员发现，该蛋白在磁场中的反应与复杂量子力学过程相关，并且在实验室模型中表现出显著的磁敏感性。

此次研究进一步从进化角度切入，分析了隐花色素4在鸟类中的基因演变轨迹。研究显示，该蛋白的进化速率远高于其功能类似物，暗示其在适应环境条件中具有重要作用，类似于光感色素在视觉系统中的作用。

特别值得注意的是，研究发现鹦鹉和蜂鸟虽然没有隐花色素4，但它们并不属于迁徙鸟类，这引发了科学家对磁感知机制多样性的思考。而一些属于暴君类的鸟类，尽管部分种群进行长途迁徙，却同样缺乏该蛋白，这使得它们成为研究磁感知替代机制的理想对象。

研究团队提出几个关键问题：这些缺乏隐花色素4的鸟类是否发展出了完全不同的磁感应机制？或者它们是否能在缺乏磁感知能力的情况下完成复杂的导航任务？亦或它们的磁感应系统仍依赖光敏机制，且易受无线电波干扰？

未来研究将聚焦于暴君目鸟类的磁方位感知能力，以验证其是否具备磁感应能力。这项研究为理解隐花色素4的功能及其在候鸟迁徙中的作用提供了新的自然实验系统。

相关研究成果已发表于《英国皇家学会B级生物科学院刊》（Proceedings of the Royal Society B），题为《鸣禽类中假定磁感受器的适应性进化与丧失》。研究团队由奥尔登堡大学的Corinna Langebrake博士和Miriam Liedvogel教授共同领导。

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》

提供：卡尔·冯·奥西茨基-奥尔登堡大学