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PLOS ONE:蝙蝠“磁罗盘”能够响应弱磁场

文章来源:  |  发布时间:2016-01-13  |  【打印】 【关闭

  

地球上生物的起源和演化都是在地磁场环境中进行的。地磁场不仅可以保护地球生物免受太阳风和有害宇宙射线的侵袭,还能够直接影响部分生物的定向、导航行为和生理活动。地磁场及其变化对地球生物圈的影响是生物地磁学的主要研究目标,而动物地磁导航是生物响应地磁场的最引人瞩目的现象之一。 

古地磁学研究表明,在地磁极性转换过程或地磁漂移期间地磁偶极子分量可减低至10-20%。这些变化对生物圈演化,特别是对依赖地磁场定向和导航生物的影响,是生物地磁学所需要研究的科学问题之一。由于蝙蝠是唯一能飞行的哺乳动物,对蝙蝠感磁机理的研究有助于认识哺乳动物地磁导航。国内外学者已在野外和室内观测发现蝙蝠具有感知和利用地磁场的能力。然而,在地磁极性转换或漂移期间,蝙蝠还能否感应并利用弱地磁场进行定向尚不清楚。 

    中科院地质地球所地球深部结构与过程研究室地球与行星物理重点实验室田兰香副研究员、潘永信研究员及其合作者,在前期对蝙蝠磁罗盘研究的基础上,模拟不同强度和方向的磁场条件,研究了从正常地磁场强度到1/5强度地磁场条件下的蝙蝠定向行为。实验发现,蝙蝠(中华山蝠)能够感应到仅为1/31/41/5强度的磁场(相对现今北京地区地磁场强度51μT),并利用磁场准确地定向到磁北方向;即使最低强度1/5磁场的磁极倒转,蝙蝠的定向也相应地发生倒转,重新定位到新的磁北方向。该结果揭示出这种迁徙型蝙蝠感磁罗盘具有非凡的感应能力。蝙蝠感磁罗盘的高灵敏度与刚发现的鸟类感磁罗盘的高灵敏度相当。

1:蝙蝠在现今地磁场(A)和磁极倒转的地磁场(B)中的定向示意图。蓝色扇形区表示实验周期内蝙蝠的定向分布,黑色箭头表示该磁场条件下蝙蝠的平均定向。

Nm:磁北

2:蝙蝠在一系列极弱磁场:1/3强度磁场(A),1/4强度磁场(B),1/5强度磁场(C),及相应磁极倒转1/5强度磁场(D)中的定向示意图。蓝色扇形区表示实验周期内蝙蝠的定向分布,黑色箭头表示该磁场条件下蝙蝠的平均定向。

Nm:磁北

该研究首次发现哺乳动物蝙蝠感磁罗盘具有响应极弱磁场的能力,他们结合之前的研究成果得到蝙蝠磁罗盘感应磁场强度的范围为10-100μT。这表明,(1)蝙蝠在现今全球地磁场范围(23-66μT)内都能够正确飞行定向,而不会在低强度地磁场区域迷失方向;(2)蝙蝠应该能够应对在其进化过程中可能遭遇的地磁极性转换等变化,蝙蝠磁罗盘与地磁场协同演化,从而具备了这种灵敏的感磁能力。该研究证实了哺乳动物同鸟类一样,具有出色的感磁能力,使得蝙蝠能够应付地磁场的变化。同时也表明蝙蝠是研究哺乳动物地磁导航的理想对象,蝙蝠地磁导航机理的研究可为认识哺乳动物的感磁能力提供重要参考,其磁罗盘工作机理有待于进一步深入研究。 

     上述研究成果近期发表在国际SCI期刊PLOS ONE (Tian et al. Bats respond to very weak magnetic fields. PLOS ONE. 2015, 10(4): e0123205)

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