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生物指南针：一种磁性蛋白动物能探测地球磁场的观点曾一度被认为是可笑的，但是先如今却被很好地建立起来了。而这种磁敏现象背后的生物本质仍未曾得知。本文中，我们报道了一种推测的磁感应蛋白（果蝇CG8198，本文中为MagR）和一种多聚磁感应杆状蛋白复合体。这两种物质是通过理论假定和全组基因扫描而发现，再通过细胞、生化、结构和生物物理学一系列方法而确认的。这种磁敏复合体是由已鉴定的假定的磁感应蛋白和已知的磁受体相关的光感受器隐花色素（Cry）组成，有Cry系统和铁基系统两者的特性，在包括地球在内的磁场中能自发排列。这样的一种蛋白复合体很可能是动物中磁受体的基础，也许能在多个领域中都有所应用。磁敏，或者说是探测地球磁场的能力（后面即磁感应），是最受争议的动物感觉之一。纵观所有主要的门类，许多物种感应磁场是为了定位和/或是为了远距离迁徙。帝王蝶、大马哈鱼、龙虾、蝙蝠、鼹形鼠和迁徙鸟类，都能从地理磁场中感觉到导航线索。许多其它的物种，如海洋裸鳃类软体动物（Tritoniadiomedea）和磁性白蚁（Amitermesmeridionalis)，可以使用磁性信息来指引和定位它们的身体和居住地结构（例如，土丘和巢）。人类的磁感应能力是否存在仍然是备受争议的，但地理磁场曾被认为能影响人类视觉系统的感光能力。对磁受体的明确识别和对动物怎样感应磁场的全面理解将引发各种领域中的技术革新。目前有几种模型来解释磁受体的本质。化学罗盘模型最早被Schulten提出，后来又被其他人所完善。隐花色素（Cry），一类和光复合酶紧密相关的黄素蛋白，是最好的生化磁受体候选者，并且据报道，该蛋白通过光激发自由基对反应的量子旋转动力学来“感应”地磁信息。而Cry缺失的黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)没有表现出磁感行为，这可以作为第一个证明Cry是其体内的磁感应途径中所必须物质的有力证明。通过自由基对而激发的Cry对磁场的反应也许能用来感应来自地磁场的倾向信息；然而，理论上其还不能形成极性指南针的基础。因此似乎还存在着其它的伴侣蛋白与Cry互补，从而才能在一些动物中具有感应地磁场极性的能力。铁氧体磁性被认为是另一种符合动物中的极性和倾向性引导行为的自然指南针促成者。这种假说需要磁性矿体，例如磁石，来充当一种生物磁性指南针，从而接受和回应地磁线索。然而，在生物体中识别出这样的铁氧磁性感受器（器官或者受体基因）一直十分麻烦。尽管数个含有磁铁的动物组织或细胞已有所报道－－包括在信鸽、鸡和欧洲知更鸟的喙上部，赞比亚鼹鼠的上丘以及彩虹鳟鱼的神经上皮细胞中－－这些被证明与磁感受无关，或者缺乏确认。无论是基于磁铁矿还是基于自由基对反应的化学模型都拥有可靠的理论和实验基础，并且也许不是互相排斥的；然而，来自不同物种的证据都倾向于支持两种假设中的一个。磁感应现象在动物中是普遍的；一些动物似乎还能既探测出地磁场的方向又感应出其强度，一些能感应其倾向，而一些也许能利用所有的这些导航线索。因此，多种机制和不同的磁感应器的存在是可能的。关键问题在于，是否在系统发生学中距离远的动物利用一种通用的感受器来感觉磁场但是又有不同的信息转换，以及是否在基于Cry的磁感应系统中有一个缺失成分的可能。本文中，我们通过在计算机中全组基因扫描及后续的实验验证，识别出了一种候选指南针蛋白。这种推定的磁感应蛋白（MagR）与Cry一起形成了一种杆状复合体，并且与Cry共同集中与鸽子的视网膜中。MagR有极其令人感兴趣的结构和磁性特点，有重要的生物学价值，可以引发各种应用。图1，动物磁感应和导航的生物指南针模型自身带有极性的一种纳米级Cry/MagR磁感应复合体可作为一种光依赖性的生物指南针。包含有Fe–S串的磁感应器（MagR）的线性聚合体引起了中心处一种杆状生物指南针的形成（磁心，黄色），周围环绕着感光的隐花色素（Cry；外层，蓝绿色）a的横断面，表明在光刺激下，从Cry中的FAD（黄色腺嘌呤二核苷酸）群到MagR中的Fe–S串的电子运输也许是可能的。磁感受器的生物指南针模型。在动物的导航系统中，Cry/MagR磁感应复合体也许是充当一种生物指南针，能感应来自地球的地磁场的信息，如极性（就如传统的指南针一样）、强度和倾向。Cry/MagR结构的曲面表征（蓝绿色和黄色）已被本文研究中的EM所验证（图2和图3）这个磁感受器固有的磁矩也许形成了能够感应地磁场方向信息的极性指南针。其能感受磁场强度的能力以及其在磁场中的自发队列（图中左手边所示，更多阐释见图5a,b），也许形成了强度感应和倾向指南针的基础。地球的磁极（黑色箭头）和旋转轴有所偏离（黑色粗线）。其倾角（标记为“I”）以及磁场的强度由箭头的方向和长度表示（北半球为红色，南半球为蓝色）。来自两个物种，帝王蝶（Danausplexippus,右