候鸟能够利用包括磁罗盘在内的各种机制以惊人的精度导航和定向。由来自奥尔登堡大学(德国)和威廉港“Vogelwarte Helgoland”鸟类研究所(德国)的生物学家 Corinna Langebrake 博士和 Miriam Liedvogel 教授领导的团队现已比较了数百种鸟类的基因组，发现进一步的证据表明，鸟类眼睛中的一种特定蛋白质是这一过程的磁感受器。研究人员发现，编码隐花色素4蛋白的基因发生了显着的进化变化，某些鸟类群体已经完全失去了它。

这些发现表明隐花色素 4 能够适应不同的环境条件，并支持隐花色素 4 作为传感器蛋白的理论，正如研究小组在英国皇家学会研究杂志Proceedings B上新发表的一篇论文中所报告的那样。

这项研究是由奥尔登堡大学和牛津大学(英国)的研究推动的，该研究表明磁感受是基于候鸟视网膜某些细胞中发生的复杂量子力学过程。在 2021 年科学杂志《自然》上发表的一篇论文中，德英团队提出了研究结果，根据该研究结果，隐花色素 4 很可能就是他们一直在寻找的磁感受器：首先，他们能够证明这种蛋白质的存在其次，细菌产生的蛋白质实验和模型计算均表明隐花色素 4 在磁场响应中表现出可疑的量子效应。

知更鸟拥有的蛋白质对磁场的敏感度明显高于鸡

有趣的是，研究还表明，候鸟知更鸟中的这些蛋白质比留鸟鸡和鸽子对磁场更加敏感。主要作者 Langebrake 说：“因此，隐花色素 4 在知更鸟中比在鸡和鸽子中更敏感的原因必须在蛋白质的 DNA 序列中找到。”“该序列可能是通过这些夜间迁徙的进化过程而优化的。”

因此，在当前的研究中，Langebrake 和 Liedvogel 领导的团队首次从进化角度研究了磁感受。研究人员分析了从小斑点奇异鸟到鸣鸟等 363 种鸟类的隐花色素 4 基因。首先，他们将该蛋白的进化速率与两种相关的隐花色素的进化速率进行了比较，发现用于比较的隐花色素的基因序列在所有鸟类中都非常相似：它们在进化过程中似乎变化很小。这很可能是由于它们在调节内部时钟方面发挥着关键作用——这是一种对所有鸟类都至关重要的机制，对其进行修改会产生极其负面的影响。

相比之下，隐花色素 4 被证明是高度可变的。 “这表明这种蛋白质对于适应特定的环境条件非常重要，”奥尔登堡大学鸟类学教授兼鸟类研究所所长利德沃格尔解释道。由此产生的专业化可能是磁感受。 “在其他感觉蛋白中也观察到类似的模式，例如眼睛中的光敏色素，”她解释道。

随后，研究人员仔细研究了隐色素 4 的基因序列在鸟类的进化史上是如何进化的。结果使科学家们得出结论，特别是在雀形目(Passeriformes)的情况下，蛋白质已经通过快速选择进行了优化。 “我们的结果表明，进化过程可能导致隐花色素 4 专门作为鸣禽的磁感受器，”Langebrake 说。

暴君鸟失去了可疑的蛋白质

另一个有趣的发现是，在三个热带鸟类演化支——鹦鹉、蜂鸟和暴君鸟(亚音鸟，也被称为暴君鸟)中，隐花色素 4 的信息在进化过程中丢失了，这意味着这些鸟类无法产生这种蛋白质。这表明它在它们的生存中并不起着至关重要的作用。然而，虽然鹦鹉和蜂鸟是定居的，但一些暴君鸟是长距离迁徙者，它们像欧洲的小型鸣禽一样，白天和晚上都会飞行。“与知更鸟不同，它们没有隐花色素 4，这一事实使它们成为研究各种磁感应假说的理想系统，”兰格布拉克说。

这里有一个有趣的问题是：暴君鸟是否发展出了一种独立于隐花色素 4 的磁感应?或者它们能够在没有磁感应的情况下确定自己的方向?另一种可能性是，它们的磁感应具有与知更鸟相同的特征，即依赖于光，例如，可能会被无线电波干扰。 “前两种情况将有力地证实隐花色素 4 假说，而第三种情况将对该理论构成挑战，”生物学家强调道。

因此，研究小组下一步计划研究 Tyranni 的磁方向，并弄清它们是否具有磁感。“Tyranni 进化枝为我们提供了一个天然工具，让我们了解隐花色素 4 的功能以及磁感应对候鸟的重要性，”Liedvogel 说道，并概述了进一步研究的起点。

这项基因研究是“脊椎动物的磁感应和导航：从生物物理学到大脑和行为”合作研究中心的成果，该中心由奥尔登堡大学的生物学家 Henrik Mouritsen 教授领导，鸟类研究所也参与其中。来自普伦马克斯普朗克进化生物学研究所的研究人员也参与了当前的研究。