北京大學謝燦NatureMaterials發表革命性新成果

　　來自中國的科學家們說，在果蠅的細胞中他們發現了一種生物指南針：一個棒狀的蛋白質復合物可以對準地球的弱磁場。

　　這一生物指南針的組成蛋白質以相關形式存在于包括人類在內的其他物種中，它可以解釋一個長期存在的謎題：鳥類和昆蟲等動物是如何感知磁力的。它還可能成為利用磁場來控制細胞的一個寶貴的工具。由北京大學生物物理學家謝燦（Xie Can）領導的研究小組將他們的研究論文發布在11月16日的《自然材料》（Nature Materials）雜志上。

　　牛津大學生物化學家Peter Hore說：“這是一篇非同尋常的論文。”但謝燦的研究小組沒有證實，這一復合物在活體細胞中起生物指南針作用，也沒有解釋它感知磁力的機制。維也納分子病理學研究所神經科學家David Keays則說：“它要么是一篇非常重要的論文要么完全錯誤。我強烈懷疑是后者。”

　　從鯨魚到蝴蝶、白蟻到鴿子，許多的生物都利用地球磁場來導航或定向自己所在的空間。但人們對于這一磁感應能力背后的分子機制卻不清楚。

　　研究人員已指出一些稱作為“cryptochromes”或“Cry”的磁感應蛋白。例如，缺失這些蛋白的果蠅會喪失它們對磁場的敏感性。謝燦說，但僅Cry蛋白不能發揮指南針作用，因為它們不能感應磁場的極性（南北定向）。

　　其他一些人提出，鐵礦物質有可能對此負責。在信鴿的喙細胞中已發現有磁礦物質。但一些研究表明，磁礦物質沒有在鴿子磁感應中發揮作用。

　　謝燦說，他在果蠅中發現了一種蛋白既可以結合鐵，也可以與Cry互作。這種稱作為CG8198的蛋白可以結合鐵和硫原子，參與果蠅的晝夜節律。它與Cry一起形成了納米級的“指針”： CG8198聚合物構成棒狀核心，Cry蛋白外層圍繞著它。

　　利用電子顯微鏡，謝燦研究小組看到了這些棒狀蛋白質復合物聚集體，在弱磁場中它們以與指南針相同的方式確定自身方向。謝燦給CG8198取了個新名字MagR，以表示其為磁感應受體。

　　這一研究發現為科學家們提供了利用磁場來控制細胞的前景。在過去的十年里，科學家們已借助一些蛋白的感光能力來操控神經元，通常是將一種光導纖維直接插入到大腦中——這種工具稱作為光遺傳學。而磁感應蛋白具有一種優勢：可以通過大腦外的磁場來操控它們。

　　清華大學神經科學家張生家（Zhang Sheng-jia）已證實了這種“磁遺傳學”能力。在今年9月，他提供了有關謝燦研究工作一份驚人的預覽素材，當時他發表了一篇論文報告稱利用這一生物指南針操控了線蟲的神經元。謝燦和其他人投訴，張生家提早發表的研究論文違反了兩位研究人員之間達成的合作協議，要求撤回張生家這篇論文。10月，張生家被清華大學解聘，張生家對此決定提出了質疑。

　　謝燦說，今年4月份他在中國提交了一份ZL申請，其中包括利用磁遺傳學和這一蛋白的磁能力來操控大分子。他也開始在其他動物包括人類中觀察MagR蛋白的結構。謝燦認為，人類MagR變體有可能會與人們之間的方向感差異有關系。

　　懷疑的聲音

　　一些科學家不相信這一生物針像指南針一樣在活體生物中發揮作用。Keays說：“謝燦研究小組已證實鴿子視網膜中相同的細胞生成MagR和Cry，但MagR和Cry存在于許多細胞中。具有如此少量的鐵，我們必須知道在體內，生理溫度下，MagR是否具有磁性能。如果MagR真的是磁感應受體，我就把自己的帽子吃掉。”

　　謝燦希望其他研究人員通過進一步的試驗來支持他的案例，例如在某些果蠅組織中失活MagR編碼基因來看看它是否會影響動物的方向感。謝燦說，他沒有完成這項工作就發表了論文，是因為他想先發布他已經花了6年時間進行研究獲得的這些結果。

　　不了解這一蛋白質感知磁場的確切機制，及大腦如何處理的它所發送的信號，讓一些研究人員感到猶豫。德國慕尼黑大學磁學專家及地球科學家Michael Winklhofer說，MagR的生物指南針活性有可能只是試驗污染的結果。他計劃開展一些實驗來追蹤謝燦研究組的結果。Winklhofer說，如果它成立的話，那么這一MagR研究發現“看起來是朝著揭開磁感應分子基礎邁出的重要一步。”