研究人员发现了帮助鳟鱼回家的基因
在春天,当水温开始上升时,在离家数百英里的海上旅行数年的虹鳟鱼在没有地图或GPS的情况下管理,回到他们出生产生的河流和溪流。
在2017年4月26日发表在“生物学快报”上的一项研究中,研究人员已经确定了一些基因,这些基因可以让鱼在地球磁场的帮助下完成这一非凡的归巢壮举。
由核心中的熔融金属流产生,地球的磁场范围从赤道附近的25微特拉斯到极点的65微特拉斯 - 使其比冰箱磁铁弱100多倍。
不同的动物物种可以检测到这种弱磁场并使用它们进行导航。最初在20世纪60年代的鸟类中发现,这种称为磁感受的感觉已被记录在从蜜蜂和蝾螈到海龟的动物身上。
但是,尽管进行了半个多世纪的研究,潜在的分子和细胞机器仍然是一个谜。
为了确定遗传基础,杜克大学博士后助理Bob Fitak和生物学教授SönkeJohnsen及其同事研究了当动物的磁感被破坏时,虹鳟基因组中发生的基因表达变化。
在杜克大学校园的地下室水族馆里,他们一次从一个水箱中随意舀起一条鱼进入一个小容器,并将容器放入一卷电线内。线圈连接到电容器,电容器释放电流以在线圈内产生分秒磁脉冲,比医院中的MRI机器产生的磁场弱大约10倍。
接下来,研究人员对10只处理过的鱼和10只对照的大脑中存在的所有基因读数或RNA转录本进行了测序,以找出哪些基因响应磁脉冲而打开和关闭。
用磁脉冲扰乱鱼的内部罗盘引发了他们检查的大约40,000个基因中的181个变化。
值得注意的是,处理过的鱼的大脑表现出参与制造铁蛋白的基因表达增加,铁蛋白是一种在细胞内储存和运输铁的蛋白质。处理过的鱼也表现出参与视神经发育的基因的变化。
“结果表明,检测系统是基于可能与眼睛相连或在眼睛内部的铁,”Johnsen说。
这一发现与近40年前首次提出的观点一致,即动物体内含有一种含铁化合物的微小磁性颗粒,称为磁铁矿。磁铁矿颗粒被认为像微观罗盘针一样,通过在细胞中试图与地球磁场对齐时使细胞中的受体紧张或扭曲,将信息传递给神经系统。
“你可以把它们想象成身体细胞可以感知到的迷你磁铁,”菲塔克说。
在鸟类的喙,海龟的大脑,蜜蜂的肚子和虹鳟鱼的鼻腔中发现了磁铁矿。其他研究甚至在人脑中发现了极少量的磁铁矿,但最近的研究表明,大部分都来自空气污染而不是自然发生,目前尚不清楚它们是否会给人类带来潜意识的磁感。
研究人员怀疑当鱼的磁铁矿指南针被破坏或损坏时,铁结合铁蛋白可能参与修复。
接下来,他们计划与其他组织进行类似的实验,例如视网膜,以及生活在海洋中的其他物种,但每年春天都会前往淡水孵化场,如美国鲥鱼。
“科学家们不知道哪种蛋白质可能与磁铁矿磁感应有关,但现在我们有一些候选基因可以合作,”菲塔克说。
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