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中国科学家或揭开生物第六感之谜 
作者:[新法家] 来源:[中国青年报2015年12月30日] 2016-01-04

[摘要]自然界中有些生物像是天生自带指南针属性,可以长途跋涉不迷路。科学家们认为生物之所以具有神奇的“方向感”,原因在于它们有被称为“第六感”的磁觉。

    1.5亿年前就出现在这个淡蓝色星球上的蜜蜂,天生就是建筑师。不过当有人试着把磁铁放在旁边干扰时,它们搭建的蜂巢立马变成东倒西歪的“豆腐渣”。

    形态丑陋的裸鼹鼠终年生活在黑暗的地下,没有发育出视力,却依然逃脱不了地球磁场的掌控,它们打造的地下通道总是南北朝向。

    就连结构简单的细菌,有的也会在磁场作用下来回移动。

    最近,欧洲科学家还发现,当地球磁场稳定时,狗总是趴在南北朝向上排便,甚至还会极力避免头尾指向东西。

    可惜,此前所有试图一探究竟的人,都在磁场大网里变成了“路痴”。

    最近终于有人找到了方向。

    北京大学生命科学学院的年轻教授谢灿宣布,找到一种被命名为MagR的全新磁受体蛋白,研究成果发表于《自然-材料》。

    有人评论,这是一个“诺奖级别的发现”,这种蛋白“或将揭开被称为生物‘第六感’的磁觉之谜”。

    一个多月前,大名鼎鼎的《自然》杂志还为此发文祝贺。

    对科学家来说 诗是不够的

    在放大了5万倍的显微镜下,黑色或淡黄色的MagR呈小棒槌形。在玻璃器皿下放一块磁铁,它会像上满劲的陀螺,滴溜溜地转圈。

    在磁场这个看不见摸不着的研究领域,这个长着棒槌模样的蛋白就是谢灿扎下的第一个坐标。根据他的推断,这种蛋白是生物基因中的指南针,会根据地球磁场的变化为生物体指明方向。

    看起来简陋,但在很多时候,这种“蛋白指南针”信号的精准度令人难以想象。

    每年春天“第一缕阳光照射下来”时,墨西哥湾山谷的帝王蝶开始往北飞。第一代蝴蝶飞到美国南部,产卵、生子、死亡。孵化出的第二代继承前辈的遗志继续北飞,到达美国中部,产卵、生子、死亡。如此复制,一直到第四代,直接向南飞回墨西哥湾的同一个山谷,甚至回到祖先待过的同一棵树。

    “这个过程都可以写成诗了,但对科学家来说,诗是不够的。” 在北大一间10多平方米的办公室里,谢灿抿了一口咖啡说,“要打破美感,搞清楚科学原理。”鲜艳的帝王蝶标本摆放在一堆白茫茫的打印材料中,那是他钟意的一件装饰。

    谢灿老家在洞庭湖畔,家里屋檐下有个燕巢,每年燕子归来,“从不迷路”。他经常仰起脑袋看,还写成作文。

    他想不明白,人类看起来高明,为何往往在方向感上灰溜溜地败给动物。到北大任教的头3年,谢灿在校园里经常不辨东南西北,抓住学生就问,生科院大楼在哪儿。

    探索看不见摸不着的磁场,迷路更是常有的事儿。

    18世纪,奥地利精神病学家弗朗兹·麦斯麦提出,“生物体内拥有磁性液体”,一直被视为荒诞言论。后来,从鱼的鼻子到鸟的喙,科学家在强大设备的帮助下探索了一个又一个动物器官,最终一无所获。还曾有人用巨大的LCD屏幕替代星空,观察鸟类会不会认准星星辨别方向。

    谢灿记得,曾经有一群科学家发表了几篇重磅论文,眼看就要证实鸟喙是感磁器官,却在几个月后被更有力的证据驳斥,发现只是一个误会。

    “每当生物体身上发现一个功能未明的组织,人们就会往磁场方面猜。”谢灿说,“磁场感应大家都感兴趣,同时又最难,生物科学发展至今,在这一领域,人们基本还一无所知。”

    研究生涯开始时,谢灿也不敢贸然涉足这座迷宫。美国的导师点醒他,为什么不换点东西做。他干脆找了这个自己感兴趣的领域重新开始,“况且,我路痴这么多年,也想知道,自己到底缺了哪根筋。”

    没有人 没有钱 没有参考文献 这项研究带着“九死一生”的意味

    谢灿本就逼仄的办公室,堆满层层叠叠的材料。回国6年,他大部分时间都这里度过,磁受体蛋白的草图也在这里完成。

    屋内最显眼的摆设是墙角的咖啡杯,码了足足6层。谢灿曾拍下杯子照片发到朋友圈:“一篇文章从投稿到接受需要消耗的咖啡。”

    这位身材瘦小的科学家记得,自己刚开始在生物体寻找传说中的磁受体蛋白时,有人觉得他疯了。因为在当时的生物学界,尚没有任何证据表明,存在一种可以直接感应磁场的蛋白。

    关于动物为何能够感应磁场,学术界有两种说法,一种认为动物体内存在名为隐花色素的蛋白,可以感应光的变化,形成活跃的自由基。这些自由基能感受磁场的变化,迅速改变队形为生物导航。另一种理论干脆认为细胞内存在磁铁矿颗粒。

    在谢灿看来,它们都有不合理的地方。蛋白能仅仅通过光的照射就和磁场发生神秘的联系?细胞中无机的磁铁矿颗粒如何对有机的生物发出导航信号?

    他想不明白,于是决定踩出一条新路。

    “如果我是上帝,为了赋予动物感磁的能力,我会怎么设计这种蛋白质构成的机器?”谢灿一边说,一边在笔记本上刷刷地画出实验开始前设计的草图。

    一个空心圆柱体出现在他笔下,在他最初的设想中,这个可能存在的蛋白应该是一个棍状结构,并且具有磁性,才能感应磁场变化。既然前人已经证实隐花色素与磁场感应有关,这种蛋白也肯定能和隐花色素结合或者发生作用。

    “在2012年以前,一切都只是想象。这个事情九死一生,很有可能什么都做不出来。”谢灿停顿了一下说,“但有句话我印象挺深,想象力比正确性更重要。”

    项目从2010年已经开始,但在第一年里,几乎只有谢灿在读文献、思考、原地打转。除了启动时向时任生命科学院院长的饶毅“拼命磨嘴皮子”要到一笔资金,这项研究没得到什么资助。直到2011年第一个草图画出来,才有第一个博士生加入。

    按图索骥的地毯式搜索开始了。通过计算机对果蝇DNA的筛查,14种长相可疑的基因从12536种基因中浮现出来。接着要用已知蛋白结构的隐花色素来“指认”,找出最终的“候选人”。

    “几乎没有任何参考文献,我们根本不知道会得到什么结果,即使有结果,也不知道意味着什么,不知道下一步怎么走。”谢灿回想道。

    直到今天,这位科学家依然记得那一天,实验室的凝胶上清晰地显示出两条感光和感磁的条带,而他假想的磁受体MagR和感光的隐花色素结合,终于在现实中得到了验证。

    这粒微小的蛋白 引起了学界的剧烈震动

    为了捞出这粒微尘一样的蛋白,41岁的谢灿觉得自己“老了20岁”。

    “设备没有现成的,很多是淘宝买来的原材料和配件。”要检验首次发现的MagR蛋白的磁性,连石头都没得摸。同学用木头架子搭了一个两层的玻璃器皿,才让蛋白在磁铁的指挥下开始跳舞。

    实验室隔壁,在文献材料和书本淹没的办公室,谢灿见缝插针地塞进各种装饰品,有碧绿的球兰、江南淘来的珍珠贝,还有一个内壁贴着香槟木树皮的玻璃箱,那是尚未完工的两栖动物养殖缸。

    2012年以前,谢灿几乎很少跟人提起这项研究,因为总有人问:“你这个研究出口在哪,应用在哪。”

    “好像如果不能用,你做的东西就毫无意义。”谢灿语速极快地说,“从学生到导师,已经没人把好奇心当回事了。弄明白,就是最有用的事情。”

    最终,人们眼看着谢灿发现的小不点蛋白,引起学界巨大震动。“当我看到这篇文章的时候,差点窒息,它的确是一项具有创造性的研究。”麻省大学神经生物学教授史蒂文·瑞波特充满赞赏地表示,“结论令人振奋,具有突破性”。

    文章发表不到一小时,已经引起超过20家国际媒体的报道。到目前为止,《自然》杂志、BBC、科学美国人、英国卫报等200多家国外主流媒体以多种文字进行报道和跟踪。其中还包括专注于电子产品的科技网站。

    “可能觉得这种生物指南针结构,在电子领域也能带来一些革新。”谢灿带着自豪说。

    就在几天前,他还在朋友圈转发了一条磁铁告急的新闻,并戏谑地表示实验室准备开店,缓解磁铁不够用的业界危机。“客官,您要多少克磁铁,有固体的,液体的,还有多种口味供您选择,蝴蝶味儿的您喜欢吗?”

    并非人人都看好谢灿踩出来的这条路。维也纳分子病理学研究所神经科学家大卫·基斯在接受《自然》杂志采访时就说:“它要么是一篇非常重要的论文,要么完全错误。我强烈怀疑是后者。”

    基斯不相信,只有超微量铁的MagR会有磁性能。如果MagR真的是磁感应受体,“我就把自己的帽子吃掉。”

    “这挺正常,并不是科学家之间有矛盾。这种争论时刻对某个领域的推动作用反而特别大。”谢灿一点儿也不介意。

    按照计划,2016年,谢灿将赴德参加由“激烈反对派”基斯做主席的会议,并作报告。2017年初,基斯则会来北大拜访谢灿的实验室。

    他们的赌约不变。像江湖高手对决一般,两人约定10年为期。如果证明谢灿是对的,基斯就真的吃掉帽子。

   “打个赌挺好。”谢灿微笑着说,“至少人们不会认为科学家都那么无趣了吧。”


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