中国科学家表示，在果蝇细胞中，他们发现了一种生物指南针：一种棒状蛋白质复合物，可以与地球微弱的磁场对齐。
这种生物指南针——其组成蛋白质以相关形式存在于其他物种（包括人类）中——可以解释一个长期存在的谜题：鸟类和昆虫等动物如何感知磁场。北京大学生物物理学家谢灿领导的研究人员在一篇发表于 11 月 16 日《自然·材料》（Nature Materials）杂志上的论文中报告说，它也可能成为使用磁场控制细胞的宝贵工具（S. Qin 等人，《自然·材料》，http://dx.doi.org/10.1038/nmat4484; 2015）。
英国牛津大学生物化学家彼得·霍尔（Peter Hore）说：“这是一篇非凡的论文。” 但谢灿的团队尚未证明该复合物实际上在活细胞内部充当生物指南针，也没有确切解释它是如何感知磁场的。“这要么是一篇非常重要的论文，要么就完全错误。我强烈怀疑是后者，”维也纳分子病理学研究所研究磁感知的神经科学家大卫·基斯（David Keays）说。
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从鲸鱼到蝴蝶，从白蚁到鸽子，许多生物体都利用地球磁场来导航或在空间中定位自己。但是，这种能力（称为磁感应）背后的分子机制尚不清楚。
一些研究人员指出，磁敏感蛋白称为“隐花色素”或“Cry”。例如，缺乏这些蛋白质的果蝇会失去对磁场的敏感性。但谢灿说，仅靠 Cry 蛋白不能充当指南针，因为它们无法感知磁场的极性（南北方向）。
其他人则认为，可能是含铁矿物质在起作用。在信鸽的喙细胞中发现了磁铁矿，这是一种氧化铁。然而，研究表明磁铁矿在鸽子的磁感应中不起作用。
谢灿说，他已经在果蝇中发现了一种既能与铁结合又能与 Cry 相互作用的蛋白质。它被称为 CG8198，与铁和硫原子结合，并参与果蝇的昼夜节律。它与 Cry 一起形成纳米级的“针”：CG8198 聚合物的棒状核心，外层是 Cry 蛋白，围绕核心扭曲（参见“蛋白质生物指南针”）。
谢灿的团队使用电子显微镜观察到，这些棒状组件以与指南针指针相同的方式在弱磁场中定向。谢灿给 CG8198 起了个新名字 MagR，代表磁受体。
这一发现为科学家提供了利用磁场控制细胞的前景。在过去的十年中，科学家们已经征用了某些蛋白质的光感能力来操纵神经元，通常是通过将光纤电缆直接插入大脑——这是一种称为光遗传学的工具。但磁感应蛋白的优势在于，它们可以被大脑外部的磁场操纵。
北京清华大学神经科学家张生家声称已经证明了这种“磁遗传学”能力。 9 月，当他发表一篇论文，报告使用生物指南针操纵蠕虫神经元时，他意外地预先展示了谢灿的工作（X. Long et al. Sci. Bull. http://doi.org/883; 2015）。谢灿和其他人抱怨说，张生家的提前发表违反了两位研究人员之间的合作协议（协议细节存在争议），并要求撤回论文。 10 月，张生家被大学解雇，他对这一决定提出异议。
谢灿说，他在 4 月份提交了一份中国专利申请，其中包括磁遗传学的使用以及蛋白质的磁力来操纵大分子。他还开始研究其他动物（包括人类）中 MagR 蛋白的结构。他认为，人类 MagR 变体甚至可能与人们的方向感差异有关。
怀疑的声音
其他科学家不相信生物针在活生物体中像指南针一样发挥作用。谢灿的团队已经表明，MagR 和 Cry 在鸽子视网膜的相同细胞中产生——鸽子的拟议磁感应中心——但基斯说，MagR 和 Cry 存在于许多细胞中。“以如此少量的铁，人们不得不问，在体内，在生理温度下，MagR 是否完全能够拥有磁性，”他说。“如果 MagR 是真正的磁感受器，我就吃掉我的帽子。”
谢灿希望其他人能够通过进一步的实验来加强他的论点，例如使某些果蝇组织中 MagR 的基因失活，以观察它是否会影响动物的方向感。他说，他没有做这项工作就发表了论文，因为他只是想报告这些发现，他已经研究了六年。
蛋白质复合物如何感知磁场的确切机制，或者它发送的任何信号如何被大脑处理的缺乏，让一些研究人员感到犹豫。德国慕尼黑路德维希-马克西米利安大学的磁学专家和地球科学家迈克尔·温克尔霍费尔（Michael Winklhofer）说，MagR 的生物指南针活动可能仅仅是实验污染的结果。他正在计划实验以跟进谢灿团队的发现。温克尔霍费尔说，如果它成立，那么 MagR 的发现“似乎是朝着解开磁感应分子基础迈出的重要一步”。
本文经许可转载，并于 2015 年 11 月 16 日首次发表。