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经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，他们随机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指南针一样，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。其他研究甚至在人类大脑中发现了极少量的磁铁矿，但最近的研究表明，大多数研究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，但是每年春天都会到达淡水孵化场，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供使用，”Fitak说。

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