候鸟用于导航的眼睛局部磁感应

候鸟在他们的眼睛中使用磁罗盘进行导航。所涉及的感觉机制长期以来一直难以捉摸，但现在，研究人员已经准确地揭示了鸟类导航所处的位置。

迁徙鸟类长途跋涉，当他们繁殖地和越冬地之间的转移。3000多年前，古希腊人首先记录了候鸟的观察结果，长期以来，他们在开始数千公里的长途旅行时如何找到自己的方式一直是个谜。

2000年，研究人员提出，鸟类眼中的蛋白质有助于他们从光中获取信息并将其处理成旅行路线 - 内部磁罗盘。从那以后，这种磁感应的基本感觉机制仍然难以捉摸。为了解决这个谜题，南丹麦大学的一个研究小组与德国奥尔登堡大学的同事合作。

该团队进行了一系列研究和模拟，揭示了内罗盘的详细位置和性质。他们通过鸟眼的计算机显微镜研究了欧洲知更鸟(Erithacus rubecula)的导航感觉模式。南丹麦大学副教授伊利亚索洛夫亚夫说：“我们相信，我们有足够的证据可以确定候鸟中正确的磁感受器分子。”

该研究发表在Current Biology期刊上。

Solov'yov是理论物理学家，计算生物物理学家，南丹麦大学量子生物学和计算物理学组组长。他说，“候鸟的磁罗盘感依赖于光，我们想知道哪种蛋白质在起作用。理论围绕着所谓的隐花色素 - 但这些神秘的蛋白质有着截然不同的变化 - 所以一?”

隐花素属于从植物到动物的所有生物体中发现的一大类蛋白质。在植物和各种动物物种中，它们参与生物钟并追踪夜晚和白天之间的差异。在哺乳动物中，它们通常位于细胞核中。迄今为止，已在几种鸟类的视网膜中发现了四种隐花色素。研究人员得出结论，其中三个与磁感应无关。

“但第四个，Cry4，似乎与其家庭成员有很大不同，”Ilia Solov'yov说。当光线照射到迁徙鸟类眼睛中的隐花色素时，它们会受到受地球磁场方向影响的化学反应，从而提供鸟类方向的信号。

在他们的实验室中，由Henrik Mouritsen教授领导的德国奥尔登堡的实验研究人员比较了春季和秋季迁徙季节中隐花色素相对于欧洲知更鸟非迁徙季节的表达水平。他们发现，与非迁徙季节相比，迁徙季节欧洲知更鸟视网膜中的Cry4表达水平显着升高。这是一个强有力的指标，负责任的蛋白质是隐花色素4。

研究人员继续确定Cry4的结构及其在眼睛视网膜内的定位。他们对来自视网膜的迁移性欧洲知更鸟Cry4进行了测序，并用它来预测Cry4蛋白的结构。这项工作涉及SDU的超级计算机ABACUS大约20,000节点小时。在普通笔记本电脑上完成同样的工作需要15年。

“Cry4的结构是独一无二的。它具有与间接测量结果完全吻合的结构图案，并显示出与植物和昆虫的其他隐花色素的明显差异，”Ilia Solov'yov说。此外，研究人员报告说，Cry4在视网膜的一个特定部分 - 双锥感光细胞的外部区段中表达。

内罗盘不仅存在于候鸟中，也存在于其他动物如蜜蜂中。“了解动物的这些内部指南针可以给我们一个基本的自然知识，也许我们可以用它来保护野生动物。许多鸟类在风车中被杀死，因为它们受到工厂周围湍流的干扰。如果我们知道存在什么磁场在工厂周围，我们可能会在工厂周围建造一些保护区，“Ilia Solov'yov说。

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