每年有数十亿只候鸟跨越大陆迁徙。 “迁徙动物如何利用磁场找到回家的路”一直是困扰科学家的难题。近日，由中科院合肥物质科学研究院强磁场科学研究中心磁生物学研究组谢灿课题组和牛津大学Peter Hore教授组成的国际合作研究团队在英国和德国奥尔登堡大学的 Henrik Mouritsen 教授参与了动物磁感应。生物导航领域取得重要突破，揭示了候鸟感知地磁场的量子生物学原理。相关研究成果于6月23日以长篇封面文章的形式发表在《自然》杂志上。

在数十亿年的进化过程中，地球上的许多生物已经发展出利用微弱地磁场在海、陆、空不同空间和尺度上实现精确定向和导航的能力。科学原理尚不明确。因此，“迁徙动物如何利用磁场找到回家的路”被《科学》杂志列为125个未解决的重要前沿科学问题之一。另一方面，磁场的穿透性使磁刺激能够远程且非破坏性地深入到大脑等生物体中。利用磁场控制细胞或生物体具有无可比拟的优势，这也成为近十年来的研究热点。因此，阐明动物对地球磁场进行迁徙和航行的感知原理，揭示磁场对细胞或生物体的控制机制，不仅对基础研究具有重要意义，对生物磁控技术也具有重要意义。以及不依赖卫星的新一代导航定位技术。要求。然而，该领域的理论尚未完全阐明，实验瓶颈尚未突破，这也给该领域的发展带来了困难。

强磁场科学中心谢灿课题组，是由英国牛津大学和德国奥尔登堡大学相关实验室组成的国际合作研究小组，应用磁共振波谱等方法携带出几只鸟的磁感应关键蛋白Cry。经过深入研究，首次发现欧洲知更鸟等候鸟的Cry蛋白对磁场的敏感性明显高于非候鸟。这种敏感性主要体现在“自由基对”中纠缠电子自旋态的变化上。研究还揭示了Cry蛋白的磁感应机制源于其内部的电子行为：蓝光激发后，Cry蛋白中的辅基FAD发生还原反应，电子位于TrpA、TrpB这四种保守色氨酸之间Cry 蛋白中的 、TrpC 和 TrpD。跳跃，这种电子跳跃对磁场高度敏感。量子化学实验和理论计算首次发现，这种电子转移过程同时具有两种不同的功能：“磁感应”和“信号传输”。第四种色氨酸 TrpD 对于信号传输至关重要。该研究在一定程度上揭示了候鸟感知地磁场的量子生物学原理，为未来动物磁感应和生物导航研究指明了方向，也为仿生导航和生物磁控的发展提供了理论指导。技术。

据了解，这项研究是多年前由高磁场科学中心谢灿研究员、牛津大学Peter Hore教授和Henrik教授共同发起的长期合作项目的第一阶段成果。 Mouritsen 来自德国奥尔登堡大学。谢灿实验室拥有独特的蛋白表达纯化系统和丰富的磁感应蛋白经验。 2015年率先报道并制备了大量正确折叠并与FAD假体基团结合的具有生物活性的Cry4蛋白。谢灿课题组与奥尔登堡大学Henrik Mouritsen课题组合作，首次在实验室成功制备了具有生物活性的夜间候鸟欧洲知更鸟的Cry蛋白。质谱分析显示了该蛋白质的辅因子结合率。高达97%，为整个研究的成功奠定了基础。

由于其重要的前沿研究价值和未来战略需求，磁生物学一直是强磁场科学中心和强磁场安徽省实验室的重要研究方向。是在合肥综合国家科学中心“强光磁关键技术”的“预研项目”中，还单独设立了一个子课题进行专项研究。国家自然科学基金、中国科学院合肥材料研究所、磁生物学国际前沿研究中心拔尖人才专项基金。记者常和