地质地球所动物地磁导航研究发现蝙蝠头部含有磁铁矿颗粒

2010-10-08 14:32 来源: 中国科学院
收藏到BLOG
  动物地磁导航一直是生物地磁学交叉研究的热点问题。动物地磁导航机理的研究不仅能够揭示现代地球磁场是如何影响动物的,而且有助于研究古地磁场与古生物进化之间的联系;同时为将来仿生研制可用于人类社会和军事活动的精确定位和导航仪器提供重要的理论基础。当前,生物地磁学研究的主要科学问题包括,磁受体的定位和工作机制、生物体内磁铁矿的矿化等,最终研究目标是揭示地磁场对生物圈的影响。

  蝙蝠作为唯一会飞行的哺乳动物,普遍具有超声定位的能力。但研究显示,蝙蝠超声定位的作用距离很有限(约20米),不能为其迁徙或长距离飞行提供导航参考。中美学者的最新行为学研究发现,蝙蝠在其长距离的迁飞过程中能利用地磁场导航。

  针对蝙蝠磁导航机制科学问题,中科院地质与地球物理研究所地球深部结构与过程研究室博士后田兰香与合作导师潘永信研究员等,利用多种岩石磁学技术对6种蝙蝠(迁徙性和非迁徙性各3种)进行了详细分析,目的是研究蝙蝠体内是否存在铁磁性矿物作为感知地磁信号的受体。室温磁学研究结果清楚地表明,蝙蝠头部含有软磁性矿物颗粒;迁徙性蝙蝠脑组织内的磁性颗粒含量高于非迁徙性蝙蝠的(图1 a, b)。低温岩石磁学分析进一步揭示出该软磁性矿物为磁铁矿颗粒(图1 c, d)。

  目前,研究人员已经在从细菌到高等动物中先后发现了磁性矿物,如信鸽、虹鳟鱼、蜜蜂、趋磁细菌、藻类等,甚至人脑海马组织中含有磁铁矿颗粒。这些发现为揭示生物地磁导航工作机制提供了依据。哺乳类动物备受人们关注,但由于视觉、嗅觉和听觉受体高度发达,磁受体研究难度较大。

  该研究首次揭示出蝙蝠头部含有软磁性矿物,且矿物成分可能为磁铁矿。该磁性颗粒可能是蝙蝠地磁导航的重要磁受体,为认识哺乳类动物地磁导航的进一步研究奠定了重要基础。该研究成果发表在近期出版的生物电磁领域知名杂志Bioelectromagnetics (《生物电磁学》)(Tian et al. Bat head contains soft magnetic particles: Evidence from magnetism. Bioelectromagnetics, 2010, 31: 499-503)。

图1(a)迁徙性蝙蝠和非迁徙性蝙蝠脑组织样品的等温剩磁(IRM)平均值比较图;(b)迁徙性蝙蝠(实符号)与非迁徙性蝙蝠(虚符号)脑组织样品的饱和等温剩磁(SIRM)分布图;(c)和(d)迁徙性蝙蝠和非迁徙性蝙蝠脑组织样品的剩磁升温曲线,在15 K 之下的剩磁衰减表明大量超顺磁性颗粒的存在,在~100 K附近剩磁衰减表明含有磁铁矿。