动物感知磁场的能力,可能是细菌带来的

作者:李姗珊 译来源:中佛罗里达大学发布时间:2020-09-21

一项跨国合作研究或许能够解释某些动物的磁场“第六感”,比如海龟如何回到它出生的那片海滩。过去 50 多年的研究一直没能为这个问题给出答案。	

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图片来源:CC0 Public Domain


美国中佛罗里达大学(UCF)科学院生物系的助理教授、研究共同作者 Robert Fita 表示:“对磁感机制的研究被称作感觉生物学(sensory biology)中最后的重要前沿领域之一,但与此同时,进行这项研究也被人们认为是大海捞针。”


该研究由 Fitak 与来自英国和以色列的研究人员合作完成,发表于《自然科学会报B:生物学》(Philosophical Transactions of the Royal Society B)。研究提出了一个假设:动物的磁感来自于与趋磁细菌(magnetotactic bacteria)的共生关系。研究提出了一个假设:动物的磁感来自于与趋磁细菌(magnetotactic bacteria)的共生关系。


趋磁细菌的特殊之处在于,它们的运动受包括地磁场在内的磁场影响。而能够感知地磁场的动物包括海龟、鸟类、鱼与龙虾。海龟能够借助这种能力进行导航,回到它们出生的海滩。


通过研究生物的磁感机制,人类能够更好的理解如何利用地磁场进行导航。磁感研究还能为生态学研究提供启发,比如人为改变磁场环境,例如建设电力线路,将对物种多样性造成什么样的影响。此外,研究动物与磁场的相互作用还有助于研发借助磁性运送药物的方法。


在这篇文章中,研究团队回顾了支持和反对该假设的论证,以及近来发表的支持该假说的新研究,还给出了他们自己的支撑证据。


这项支撑证据来自 Fitak 的工作,他挖掘了被称作 MG-RAST(Metagenomic Rapid Annotations using Subsystems Technology)的数据库,世界最大的微生物遗传数据库之一,寻找在动物样本中发现的趋磁细菌。


Fitak 说,过去细菌多样性关注更宏观的模式,即某个细菌门(phyla)是否出现在动物中,而不是关注特定物种(species)。


“趋磁细菌的出现在很大程度上被忽视了,或者在对数据库进行大尺度分析的时候被遗失了。”Fitak 表示。

该研究首次发现,趋磁细菌与许多动物有关,包括一种企鹅、蠵龟(Caretta caretta)、蝙蝠以及露脊鲸(Eubalaena glacialis)。


脉冲磁场反转趋磁细菌(Candidatus Magnetobacterium bavaricum) 常常出现于企鹅和蠵龟中,但是趋磁螺菌(Magnetospirillum)和趋磁球菌(Magnetococcus)通常出现于莹鼠耳蝠(Myotis lucifugus)和北大西洋露脊鲸两种哺乳动物中。


Fitak 表示,尽管研究者们仍不清楚趋磁细菌在动物体内的什么部位生存,但他们推测这个位置可能和动物的神经组织有关,比如眼睛或大脑。


“目前,我与一位共同作者及 UCF 研究团队正在尝试开发针对这些细菌的基因检测,然后我们打算来筛查不同的物种的特定组织,如海龟、鱼类、龙虾及鸟类的生物组织。”


Fitak 于 2019 年加入 UCF。在此之前,他在杜克大学担任了四年多的博士后研究员,使用现代基因组技术识别鱼和龙虾中磁感相关基因。他表示,动物通过与磁感细菌共生获得感知磁场能力的假说值得深入研究,但还需要更多研究证据的支持才能得出结论。


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