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（内幕科学）——量子力学支配着微观尺度上原子和亚原子粒子世界的古怪、违反直觉的运作方式。它可能对帮助动物理解它们在周围环境中的位置也很重要。新的研究表明，在欧洲常见的林鼠有一种内置的指南针，它利用量子过程，这是在野生哺乳动物中首次发现。
根据发表在4月29日出版的《科学报告》上的一项研究，放置在容器中的林鼠更喜欢在最靠近磁场南北方向的容器部分筑巢。当研究人员制造人工磁场时，小鼠会沿着新的南北方向筑巢。科学家怀疑这种指南针感应来自小鼠眼睛中跳舞的电子。
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这是在野生哺乳动物中发现的第一个证据，表明磁感应依赖于量子层面的效应。之前的研究暗示了实验室小鼠中存在这种感应，但这并不一定表明野生动物也会发生同样的过程。
加州大学欧文分校的生物物理学家索尔斯滕·里茨说：“当谈到磁感应时，我们对哺乳动物几乎一无所知，这项研究与该研究无关，因此这是一个新发现。”
从鸟类到蜜蜂再到细菌，许多生命形式都可以感知地球微弱的磁场，帮助它们在环境中导航。然而，在哺乳动物中，研究人员仅在鼢鼠、蝙蝠和类似的专门在黑暗中导航的生物中发现了磁感应。
德国杜伊斯堡-埃森大学的动物学家、该研究的主要作者帕斯卡尔·马尔肯珀说：“[这些动物]使用磁性指南针导航是有道理的。”但生活在光明中的哺乳动物是否也具有这种能力，这是一个悬而未决的问题，这促使马尔肯珀测试了一种常见的欧洲毛球：Apodemus sylvaticus，林鼠。
在2013年的夏季和秋季，马尔肯珀将自己放逐到捷克共和国波西米亚森林的一个马厩中，远离可能干扰其敏感测量的技术。他一次抓住45只小鼠，并将每只小鼠在一个圆柱形容器中过夜，容器中装满了锯末和干草等材料，小鼠用这些材料在容器的圆形墙壁上筑起类似床的巢穴。在第二天放生一只特定的小鼠后，马尔肯珀测量了每只小鼠留下的巢穴相对于容器圆形地板中心的罗盘方向。当他这样做时，他发现小鼠自发地依偎在与磁北和磁南对应的墙壁上。当他使用电磁线圈人为地改变磁场的方向时，它们移动了巢穴。
但是，小鼠的指南针实际上是如何工作的呢？
在某些生物体中，如细菌、鳟鱼和鼢鼠，磁性指南针似乎像女童军和男童军随身携带的指南针一样工作，通过像指南针指针一样扭曲和转动的磁铁矿晶体传递方向。但在其他生物中，如鸟类，有证据表明存在一种完全不同的指南针，它依赖于量子过程。根据理论模型和计算机模拟，进入眼睛的光线会激活视网膜中的某些蛋白质，暂时撕裂这些蛋白质中的一对电子。分离电子会使它们对磁场敏感，磁场“建立了一个特定的化学反应[这]本质上是一个开关，”里茨说。
电子像旋转的陀螺一样摆动。磁场方向的变化会略微不同地影响每个电子的摆动，从而影响它们彼此的相对方向。相对排列的这种变化决定了电子是快速还是缓慢地重聚，从而将开关翻转到两组不同的化学产物之一。通过跟踪这些不同产物的比例，生物体可以将这些蛋白质用作微小的量子指南针。
这种奇异的指南针有其怪癖。将一只鸟放在一个每秒数百万次翻转其北极和南极的磁场中，动物指南针中的电子就会被甩掉，就像通过反复敲击桌子下方来干扰旋转的陀螺一样。这种磁性鼓点会极大地影响指南针的指向——或者是否工作。带有铁制指南针的动物似乎没有这个问题。人们认为，所涉及的铁晶体与周围组织结合得太紧密，无法检测到这些瞬间的180度翻转。这种差异使得振荡磁场成为找出小鼠使用的是哪种指南针的完美工具。
马尔肯珀抓住了更多的小鼠，并重复了他的实验，增加了一个强度较低的次级磁场，该磁场以与调幅无线电信号来回摆动频率大致相同的频率交替方向。结果非常显著：当暴露于振荡磁场（大约比地球自然磁场弱300倍）时，17只林鼠更喜欢在磁场西北偏西和东南偏东方向筑巢，就好像振荡磁场扰乱了小鼠的指南针一样。
马尔肯珀认为，振荡改变了小鼠“看到”磁场的方式。“如果[磁感应]是基于眼睛的，”他说，“我们认为这有助于看到特定方向的磁场[作为]一种模式。”当添加振荡场时，这种熟悉的视觉模式可能会发生偏移，导致小鼠以不同的方式定向。
理论家们将这项研究视为朝着更好地理解量子指南针迈出的坚实早期一步，量子指南针也在两栖动物中被观察到。事实上，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的生物物理学家克劳斯·舒尔滕是第一个假设这种指南针设置的人，他说，“考虑到在非哺乳动物中已经发现的情况，马尔肯珀的发现“没有任何令人惊讶的成分”。
研究人员并不完全确定感知磁场如何使小鼠受益，但弗吉尼亚理工大学的生物学家、该研究的合著者之一约翰·菲利普斯认为，这有助于小鼠将它们的日常运动组合成“它们所了解的世界的连贯地图”，他说。“我们对啮齿动物空间处理的了解，没有提供[它们]需要的全局参考系统，”他说，这表明尚未被充分理解的磁感应可能参与其中。
这一发现强调，动物的指南针不仅仅用于大规模导航。与候鸟和海龟不同，它们似乎利用磁感应迁徙数千英里，普通林鼠的活动范围约为500英尺。
菲利普斯说：“磁感应……是长途旅行动物独有的想法是明确错误的。”“这是一项开创性的工作，它开启了大量新的研究。”
问题仍然存在。例如，当暴露于大约每秒130万次振荡的磁场时，小鼠仍然朝向磁北和磁南定向，但相同的磁场在之前的实验中使鸟类迷失方向。研究人员要到确定小鼠感知磁场的具体途径后才能确切知道原因——这是一项尚未在任何动物身上完成的生物侦探工作。