被遺忘一百多年的猜想，能否解釋鳥類如何感知磁場？

1882年，博物學家Camille Viguier推測，鳥類以及其他脊椎動物可能借助地球磁場來導航。他提出，這些動物可能是通過內耳中產生的微小電流來感知地球磁場的。不過，他的想法當時并沒有被重視，隨后便逐漸被遺忘了。

現在，在一項于近期發表在《科學》雜志的研究中，一個研究團隊重新提出Viguier的這一觀點。他們研究了暴露在磁場中的鴿子的腦，利用先進技術繪制了鴿子的腦活動圖譜，并對鴿子的內耳細胞開展了單細胞RNA測序。結果表明：內耳就是鴿子的“磁感受”器官。

鳥類的腦導航機制

一直以來，關于鳥類是如何感知磁場的，主要有兩種機制。

一種目前證據相對更充分的機制認為，視網膜中有一種光敏蛋白，能夠形成對磁場敏感的“量子自旋態”，使它們能在視覺中“看到”磁場的方向，因此辨別出南北。另一種機制證據較弱，但也被廣為談論：鳥喙中的微小氧化鐵顆粒可能像迷你羅盤一樣在磁場中輕微轉動，進而刺激周圍的感受細胞，再由這些細胞將信號傳遞給神經系統，使動物能夠判斷磁場方向。

然而，關于動物的腦究竟用哪個區域來感知磁場，以及感覺神經元又是如何捕捉到微妙的電磁變化，在很大程度上仍沒有答案。

在新的研究中，為了揭示鴿子的腦如何對磁場做出反應，研究人員設計了一項實驗：他們讓鴿子暴露在比地球磁場稍強一點的磁場中，持續時間超過一個小時。實驗過程中，鳥的頭部固定不動，而外加磁場則不斷旋轉，以模擬頭部相對于地磁場移動時的情形。

接著，研究團隊使用了一種能夠測量全腦神經元激活模式的方法：他們通過“透明化”（clearing）技術讓鴿子的腦變得透明，再用顯微鏡掃描全腦，檢測哪些神經元被磁場激活。隨后，他們將暴露在磁場中的鴿子的腦活動圖，與未暴露在磁場中的對照組進行比較。

結果顯示，鴿子的兩個腦區會被磁場強烈激活：一個是負責接收前庭系統輸入的前庭內側核（與內耳相連），另一個是參與整合多種感官信號的尾側中皮質。盡管這一結果仍未解釋鴿子神經元究竟如何在物理上感知磁場，但它卻有效地將鴿子的潛在“體內羅盤”范圍縮小到了前庭系統。

事實上，早在2011年，就有研究發現，磁場似乎能夠觸發鴿子的前庭系統——這是一個用于幫助脊椎動物感知加速度（包括重力）并維持平衡的器官。它由三個相互垂直、充滿液體的半規管組成，因此可以通過將加速度分解為“x、y、z”三個分量來向腦傳達加速度的方向。

在進一步的研究中，研究團隊對前庭系統的細胞進行了單細胞RNA測序。他們發現，存在一種特殊的毛細胞，這些細胞中廣泛存在對電磁變化高度敏感的蛋白質。因此，當鴿子點頭或擺動頭部時，它內耳的半規管就可以將磁場的三個“x、y、z”分量傳遞給腦。

最后，為了排除基于視網膜的磁感受模型，研究團隊在完全黑暗的條件下重復了磁場暴露實驗。結果表明，前庭內側核與尾側中皮質這兩個區域的神經元激活，都與光照無關。

研究仍需進一步驗證

這項研究可能是目前在動物身上，對負責處理磁場的神經通路進行的最清晰、最直接的展示。此前的研究雖然也表明許多動物能感知磁場的方向和強度，但其中一些證據存在爭議，而且對其具體機制的描述也頗具爭論。

而這項研究則非常具有說服力。不過，研究人員表示，未來仍需基因層面的驗證，例如使用CRISPR技術敲除一些關鍵的基因序列，以觀察磁感知是否會因此消失。

#參考來源：

https://www.nature.com/articles/d41586-025-03798-8

https://www.science.org/doi/10.1126/science.aea6425

https://www.lmu.de/en/newsroom/news-overview/news/an-electric-discovery-pigeons-detect-magnetic-fields-through-their-inner-ear.html

#圖片來源：

封面圖&首圖：Sara_Torda / Pixabay