自带导航，鸽子的这项硬核技能原来靠这里！

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自带导航，鸽子的这项硬核技能原来靠这里！

原创 Nature Portfolio 自然系列

2026年1月22日 22:40

原文作者：Davide Castelvecchi

多重证据表明，鸽子能检测内耳中的电流来感知磁场。

来源：Suriya Silsaksom/Alamy

一个研究团队指出，鸽子能通过感知内耳中的微弱电流来感知地球磁场。这种体内指南针或可解释某些动物如何实现惊人的长距离导航。

研究团队进行了先进的脑部成像及鸽子内耳单细胞RNA测序。证据指向内耳是鸟类的“磁感应”器官。相关成果于2025年11月20日发表在Science上[1]。

瑞典隆德大学感觉生物学家Eric Warrant说，“这是目前对动物磁场感知神经通路的明确验证。”此前研究表明，包括龟类、鳟鱼和知更鸟在内的多种动物能够感知磁场方向与强度，但相关证据时有质疑，且机制仍存争议。

鸟脑导航

关于鸟类感知磁场的机制，研究主要基于两种假说：其一是视网膜细胞的量子物理效应，认为鸟类能“看见”磁场；另一种认为，喙部的微小氧化铁颗粒就像小小指南针。然而还不清楚动物大脑中究竟何处感知磁场信息、以及感觉神经元如何赋予对电磁变化的敏感性。

2011年，研究人员发现迹象表明磁场可能触发鸽子的前庭系统，这一系统使脊椎动物感知加速度（包括重力）和帮助维持平衡[2]。该系统由三个相互垂直的充液环状结构组成，能将加速度分解为x、y、z三个向量传递给大脑。

在这项新研究中，德国慕尼黑大学的神经科学家David Keays及团队设计了一项实验，旨在揭示鸽脑如何响应磁场。

Keays团队将鸽子置于略强于地磁的磁场中超过一小时。鸽子的头被固定住，磁场持续旋转，以模拟鸽子头部相对地磁场的运动状态。

随后，研究团队采用测量脑部神经元激活模式的方法，通过透明化技术检测鸽子脑中细胞活动的遗传标记物。研究人员将暴露于磁场的鸽子大脑活动图谱与未受磁场影响的对照组进行对比。

结果显示，接收前庭系统输入信息的大脑区域与整合多种感觉刺激的区域，均存在与磁场相关的神经活动。这一发现将“指南针”的可能候选范围缩小至前庭系统，但没有解释鸽子的神经元如何感知磁场。

磁感觉器官

理论上，生物体内的导电物质可响应磁场产生电流，从而赋予动物“磁感”——法国动物学家Camille Viguier早在1882年提出了这一机制[3]。

在此前的研究中，Keays受鲨鱼和鳐鱼生物物理学的启发（它们拥有感知微弱电场的器官帮助捕猎[4]），尝试找到这种磁感的分子机制。这些鱼能表达一种蛋白质，对神经元电活动变化敏感。它们有10个氨基酸长度的插入修饰，能感知磁场产生的电流。

“我们问：那鸽子有吗？答案是有的。”Keays说。2019年，他与合作者在鸽子基因组中发现了类似的基因变异[5]。

在新研究中，团队在前庭系统细胞中进行单细胞RNA测序，寻找参与电流检测的分子。他们发现对电磁变化敏感的蛋白质广泛存在。

因此，当鸽子摆动头部时，其内耳环状结构可向大脑传递磁场x、y、z三个向量的信息。

研究团队重复了实验，在黑暗环境中让鸽子暴露于磁场，表明光照在其大脑接收磁刺激时不是必需的。Keays说这似乎与视网膜磁感应模型相矛盾，不过理论上，有些动物可能有不止一个磁感器官。

美国约翰·霍普金斯大学医学院的神经科学家Ulrich Müller评价该研究“有说服力”，但需通过基因研究验证——例如运用CRISPR技术敲除Keays的模型中核心基因序列，看看效应是否会消失。

Warrant称这一论文“为理解神秘的磁感机制作出了了不起的贡献”。Keays说，“把这一切拼到一起花了十年。”

参考文献：

1. Nordmann, G. C. et al. Science https://doi.org/10.1126/science.aea6425 (2025).

2. Wu, L.-Q. & Dickman, J. D. Curr. Biol. 21, 418–423 (2011).

3. Viguier, C. Rev. Phil. France Etranger 14, 1–36 (1882).

4. Bellono, N. W., Leitch, D. B. & Julius, D. Nature 558, 122–126 (2018).

5. Nimpf, S. et al. Curr. Biol. 29, 4052–4059 (2019).
   

原文以Has the mysterious ‘compass’ organ of birds been found at last?标题发表在2025年11月20日《自然》的新闻版块上

©nature

Doi：10.1038/d41586-025-03798-8