候鳥能夠利用包括磁羅盤在內的各種機制，準確無誤地進行遠距離導航。在最近的一項研究中，生物學家Corinna Langebrake 博士和Miriam Liedvogel 博士領導的研究小組比較了幾百種鳥類的基因組，發現負責編碼隱花色素4 蛋白的基因發生了重大進化變化。這種蛋白質存在於鳥類的眼睛中，被認為是驅動鳥類導航能力的關鍵磁感受器。

黃腹紋霸鶲（Empidonax flaviventris）是一種小型食蟲鳥，它無法產生隱花色素4 蛋白。這種鳥在北美洲繁殖，冬季遷移到墨西哥南部和中美洲。圖片來源：Corinna Langebrake

一項新的基因研究表明，鳥類眼睛中的隱花色素4 蛋白是鳥類磁導航能力的關鍵，其演化變化凸顯了它在適應不同環境中的作用。

研究小組在最近發表於英國皇家學會研究期刊《英國皇家學會生物科學院院刊》（Proceedings of the Royal Society B Biological Sciences）上的一篇論文中報告說，這些發現表明隱花色素4 能夠適應不同的環境條件，並支持隱花色素4 具有感測器蛋白功能的理論。

奧爾登堡大學和牛津大學的研究表明，磁感應是基於候鳥視網膜上某些細胞中發生的複雜量子力學過程。這些研究成果於2021 年發表在科學期刊《自然》上，為隱花色素4 是他們一直在尋找的磁感受器這一假設提供了支持證據。他們證明了隱花色素4 存在於鳥類的視網膜中。此外，用細菌生產的蛋白質進行的實驗和模型計算都表明，隱花色素4 在對磁場做出反應時表現出可疑的量子效應。

先前的研究也發現，知更鳥等候鳥體內的隱花色素4 對磁場的敏感度高於雞和鴿子等留鳥。 “因此，隱花色素4 在知更鳥身上比在雞和鴿子身上更敏感的原因必須從該蛋白質的DNA序列中找到，”該研究的第一作者蘭格布拉克說。 “她補充說：”在這些夜間遷徙的鳥類中，該序列可能在進化過程中得到了優化。 “

在目前的研究中，研究小組首次從演化的角度研究了磁感應。研究人員分析了363 種鳥類的隱花色素4 基因。首先，他們比較了該蛋白質與兩種相關隱花色素的演化速度，並發現用於比較的隱花色素基因序列在所有鳥類物種中都非常相似。它們在演化過程中似乎變化很小。這很可能是由於它們在調節體內時鐘方面起著關鍵作用–這種機制對所有鳥類來說都是必不可少的，改變這種機制會產生極其不利的影響。

與此相反，隱花色素4 被證明具有高度變異性。奧爾登堡大學鳥類學教授、鳥類研究所所長利德沃格爾解釋說：”這表明，這種蛋白質對於適應特定環境條件非常重要。由此產生的特殊化可能是磁感應。在在其他感官蛋白中也觀察到了類似的模式，例如眼睛中的光敏色素。

研究人員隨後仔細研究了隱花色素4 的基因序列在鳥類演化史中的演化過程。他們的分析揭示了一個值得注意的趨勢，尤其是在雀形目（Passeriformes）中，這種蛋白質透過快速選擇經歷了重大優化。研究結果表明，演化過程可能導致隱花色素4在鳴禽中專門用作磁感受器。

研究發現，某些鳥類支系中不存在隱花色素4，如鸚鵡、蜂鳥和霸鶲（Suboscines）。這顯示隱花色素4 在它們的生存中並不扮演重要角色。然而，鸚鵡和蜂鳥是定居型鳥類，而一些霸鶲鳥類則是長途遷徙型鳥類，它們與歐洲的小型鳴禽一樣，白天和晚上都會飛行。

這就提出了一個問題：霸鶲是否發展出了一種獨立於隱花色素4 之外的磁感，或者它們是否能夠在沒有磁感的情況下確定自己的方向？另一種可能是，它們的磁感與知更鳥的磁感具有相同的特性，後者依賴光線，並且會被無線電波幹擾。這位生物學家強調：”前兩種情況將有力地證實隱色4假說，而第三種情況則會給這一理論帶來問題。”

Liedvogel說：”霸鶲亞目為我們了解隱花色素4的功能和候鳥磁感應的重要性提供了一個天然的工具。”

編譯來源：ScitechDaily