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有遷徙行為的鳥類可通過眼睛“看到”地球磁場,這是為什么?

時間:2020-02-06 13:31:22 來源:本站 閱讀:4029991次

在地球形成之初,還是個溫度極高的熔巖球體,各種元素充斥著整個球體,隨著時間的推移,球體逐漸“冷靜”下來,鐵、鎳等較重的元素慢慢下沉到達地球中心,形成了今天的地核。


由于地核溫度極高,這里的金屬全部成為了液態,當這些液態金屬移動時,它們體內的正負電荷運轉速度會有差異,從而產生電流,進而產生地球磁場。


正是有了地球磁場,我們才能免受太陽風“愛的吹拂”,同時地球磁場還影響著地球上各種生物,其中最重要的就是磁場提供的導航信息。


早在戰國時期,我國就出現了司南這種利用地球磁場進行導航的儀器。


而對于其他生物特別是具有遷徙性的鳥類,科學家也早已發現它們同樣是利用磁場來作為遷徙的導航。


但是新的問題也隨之產生了:這些鳥類是如何感應到地球磁場來保持正確的飛行方向的呢?

要知道,地球表面的磁場強度約為0.1~1毫高斯左右,是非常微弱的。

隨著研究的不斷深入,鳥類的秘密被科學家“扒的干干凈凈”,其中關于鳥類感應磁場的重要角色也被找到,它就是隱色素,也被稱為Cry蛋白,這是一類對藍光敏感的黃素蛋白。


圖為Cry1蛋白


隱色素的發現

1880年,達爾文就記錄了藍光對于植物生長高度有抑制作用,但是在之后的一百年中,科學家都沒有找到植物感受藍光的物質。

直到1980年,研究人員才發現擬南芥植物中的HY4基因是植物感受藍光所必需的基因。


1993年,通過對該基因進行測序,才發現這段基因中隱藏的藍光受體,正是Cry蛋白。

而在植物中發現后不久,科學家驚訝地發現人體內同樣存在著編碼Cry蛋白的基因;之后,在果蠅和小鼠實驗中,也在這些動物中相繼發現了隱色素基因。

這時人們才意識到,Cry蛋白是廣泛存在于真核生物體內的一種光受體蛋白。鳥類當然也不例外。


在動物體內,Cry蛋白主要集中在神經組織中,特別是與感光相關的組織中,比如視網膜就是Cry蛋白最活躍的組織之一,顯然,動物體內受光調控的生理活動都有Cry蛋白的參與。


而鳥類的遷徙與導航,其實在很早之前就發現它們也受到了光的影響。

因為鳥類在白天飛行時具有很強的方向感,在夜晚卻很容易迷失方向,那么單純的依靠地磁感知理論就不能很好的解釋這種現象,因此有人提出來:Cry蛋白實際上也參與了鳥類對地球磁場的感應。

量子力學出現在鳥的“眼中”

當鳥類的眼睛被光照射后,Cry蛋白會形成一對具有自旋的自由基,而根據量子物理學中的“泡利不相容”原理,在同一軌道上的電子,它們的自旋方向總是相反的。


如果這種狀態受到外界的因素影響,那么其中一個電子就會被激發而“脫離”。

但是在Cry蛋白中,兩個成對的電子在被激發之后還能保持很長一段時間的“絞纏”狀態,也就是說,無論雙方離得有多遠,一方的行為會影響另一方,這也是愛因斯坦所說的“鬼魅般的超距作用”。


這樣一來,地球磁場就開始了它的“表演”。

當這對電子受到地球磁場的作用后,會改變它們的自旋狀態,但由于Cry蛋白可以保持長時間的“絞纏”狀態,所以電子不會逃離,而是會重新回到基態軌道,然后繼續受到地球磁場的激發而改變自旋狀態....

這種不斷循環的相互作用讓鳥類能夠持續的感受到地球磁場。


另外,在視網膜中不同位置上的CRY蛋白,所感受到的磁場也是不一樣的,這就會造成視網膜不同區域的Cry蛋白活性產生差異,從而影響到對光的感知。

不過這并非是壞事,因為這種感光差異可以讓鳥類知道自身現在的朝向,所以從鳥兒的視角來看,它們的視野中不光包括了所看到的景象,還有明暗的差異來幫助它們辨明方向。


毫不夸張的說,鳥類可謂是真正的自帶導航出行。這對于路癡來說,真真真是羨慕了。

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