澳洲“磁感蜜蜂”：脑部发现磁性矿物导航系统-吃瓜网

澳洲“磁感蜜蜂”：脑部发现磁性矿物导航系统

蜜蜂磁感知能力的研究背景

蜜蜂是一种具有归巢行为的社会性昆虫，工蜂最远可到离蜂巢12公里处采集食物。为返回蜂巢，蜜蜂会记忆蜂巢周围的嗅觉线索或视觉地标，同时依赖天空罗盘提供的方向信息，其定向依据主要来自太阳方位。即使太阳被云层或其他障碍物遮挡，蜜蜂仍能通过天空中的光谱分布模式或偏振光模式推算太阳位置。飞行过程中感知的光流效应则为蜜蜂提供了距离信息。这些信息经过整合后最终用于导航。

除视觉线索外，研究报道表明蜜蜂还能探测并利用地磁场进行定向。这一发现引发了科学家对蜜蜂磁感知机制的深入研究。

蜜蜂磁感知机制的假说

目前，关于蜜蜂磁感知机制的假说主要有两种：

‌磁性晶体假说（磁铁矿介导的磁感知机制）‌：

有些动物体内存在纳米级磁铁矿晶体（magnetite），这些晶体对磁场强度的改变很敏感。

在蜜蜂的腹部、触角或脑部中可能存在类似结构。有报告在蜜蜂腹部找到磁性颗粒，但尚未完全确认其是否具备感知功能，也没建立起磁体–神经信号转换机制的完整路径。

磁铁矿介导的磁感知机制认为，动物通过体内Fe3O4磁性晶体感知磁场。不同磁场方向会导致磁性晶体分布变化，从而触发细胞膜离子通道的状态改变。

‌化学反应假说（自由基对模型/光敏蛋白）‌：

某些动物的磁场感应可能依赖光敏蛋白+量子反应路径，尤其是一种名叫隐花色素（cryptochrome）的光敏分子。

在光照下，隐花色素参与自由基对（radical pair）反应。磁场会影响自由基对的自旋状态，进而影响化学反应，改变神经信号。

这套机制在果蝇、鸟类、甚至人类视网膜中都有初步证据，但是否用于磁感应、或者感应过程是否依赖光，仍不确定。

蜜蜂磁感知机制的实证研究

‌行为实验‌：

蜜蜂能在完全无光、无视觉线索的条件下定位巢穴。

蜜蜂可以在地磁场“被屏蔽”或“被扭转”时出现导航错误。

‌生理实验‌：

有研究在蜜蜂腹部发现“超顺磁铁”，证实蜜蜂依靠这种“超顺磁铁”导引，随着地球磁场的变化辨认方向。工蜂腹部细胞内的铁颗粒核心处有近万个超顺磁铁粒子，粒子直径为0.01微米。这些铁颗粒表面包覆细胞膜，以蛋白质骨架悬吊在细胞质中。地球磁场变化时，磁铁粒子膨胀与收缩，牵动细胞骨架将信息传送到蜜蜂脑部。

通过监测伸吻反射（PER）开展了经典条件反射实验。经过两天训练，蜜蜂成功建立了磁场刺激与蔗糖奖励的关联性。当切断连接腹部和胸部的腹神经索（VNC）后，蜜蜂丧失了对磁场刺激的条件反射能力，但仍能响应嗅觉伸吻反射任务。实验同时记录了腹神经索在磁场变化时产生的神经电信号。

关于澳洲“磁感蜜蜂”脑部磁性矿物的争议

目前关于蜜蜂磁感知机制的研究主要聚焦于铁颗粒的分布定位、形成过程、组织结构及其潜在的磁感知机制，这些研究均表明铁颗粒具备作为磁受体的潜力，但尚未直接证实铁颗粒与蜜蜂磁感知的关联性。

关于铁颗粒与神经系统关联的证据也较为薄弱。蜜蜂是否能通过腹部铁颗粒接收磁信息仍存在争议。

尽管有假说认为蜜蜂脑部可能存在磁性矿物导航系统，但目前尚无确凿证据支持这一观点。

蜜蜂腹部铁颗粒如何感知磁场？

铁颗粒的存在与分布

‌发现历程‌：早在1978年，Gould等研究者就发现蜜蜂腹部存在磁性颗粒，推测这些颗粒是磁铁矿（Fe₃O₄）。1994年，中国台湾生物学家李家维教授和研究生徐锦源首次在蜜蜂腹部发现“超顺磁铁”，证实蜜蜂依靠这种“超顺磁铁”导引，随着地球磁场的变化辨认方向。

‌分布特征‌：蜜蜂腹部的铁颗粒核心处有近万个超顺磁铁粒子，粒子直径为0.01微米，远小于任何已发现的单晶磁铁。这些铁颗粒表面包覆细胞膜，以蛋白质骨架悬吊在细胞质中。

铁颗粒感知磁场的机制

‌物理形变‌：当地球磁场变化时，蜜蜂腹部的超顺磁铁粒子会发生膨胀与收缩。这种物理形变会牵动细胞骨架，进而将磁场信息转化为机械信号。

‌神经传导‌：细胞骨架的物理形变会触发神经细胞的电信号传导，将磁场信息传递到蜜蜂的脑部。这一过程类似于机械信号转化为神经信号的过程，使得蜜蜂能够感知并响应磁场的变化。

实证研究与行为实验

‌经典条件反射实验‌：通过监测伸吻反射（PER）开展了经典条件反射实验。经过两天训练，蜜蜂成功建立了磁场刺激与蔗糖奖励的关联性。当切断连接腹部和胸部的腹神经索（VNC）后，蜜蜂丧失了对磁场刺激的条件反射能力，但仍能响应嗅觉伸吻反射任务。这表明蜜蜂通过腹部结构（极可能是铁颗粒）接收磁信息，并通过VNC传导神经信号。

‌神经电信号记录‌：在蜜蜂的“颈部”位置的VNC处记录到对磁脉冲的特异性响应信号。实验采用65μT场强、方向与地磁场垂直的刺激条件，记录的神经信号与刺激呈现完美对应。这进一步证实了蜜蜂腹部铁颗粒在磁感知中的作用。