中國科學家表示，在果蠅細胞中，他們發現了一種生物指南針：一種棒狀蛋白質複合物，可以與地球微弱的磁場對齊。
這種生物指南針——其組成蛋白質以相關形式存在於其他物種（包括人類）中——可以解釋一個長期存在的謎題：鳥類和昆蟲等動物如何感知磁場。北京大學生物物理學家謝燦領導的研究人員在一篇發表於 11 月 16 日《自然·材料》（Nature Materials）雜誌上的論文中報告說，它也可能成為使用磁場控制細胞的寶貴工具（S. Qin 等人，《自然·材料》，http://dx.doi.org/10.1038/nmat4484; 2015）。
英國牛津大學生物化學家彼得·霍爾（Peter Hore）說：“這是一篇非凡的論文。” 但謝燦的團隊尚未證明該複合物實際上在活細胞內部充當生物指南針，也沒有確切解釋它是如何感知磁場的。“這要麼是一篇非常重要的論文，要麼就完全錯誤。我強烈懷疑是後者，”維也納分子病理學研究所研究磁感知的神經科學家大衛·基斯（David Keays）說。
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從鯨魚到蝴蝶，從白蟻到鴿子，許多生物體都利用地球磁場來導航或在空間中定位自己。但是，這種能力（稱為磁感應）背後的分子機制尚不清楚。
一些研究人員指出，磁敏感蛋白稱為“隱花色素”或“Cry”。例如，缺乏這些蛋白質的果蠅會失去對磁場的敏感性。但謝燦說，僅靠 Cry 蛋白不能充當指南針，因為它們無法感知磁場的極性（南北方向）。
其他人則認為，可能是含鐵礦物質在起作用。在信鴿的喙細胞中發現了磁鐵礦，這是一種氧化鐵。然而，研究表明磁鐵礦在鴿子的磁感應中不起作用。
謝燦說，他已經在果蠅中發現了一種既能與鐵結合又能與 Cry 相互作用的蛋白質。它被稱為 CG8198，與鐵和硫原子結合，並參與果蠅的晝夜節律。它與 Cry 一起形成奈米級的“針”：CG8198 聚合物的棒狀核心，外層是 Cry 蛋白，圍繞核心扭曲（參見“蛋白質生物指南針”）。
謝燦的團隊使用電子顯微鏡觀察到，這些棒狀元件以與指南針指標相同的方式在弱磁場中定向。謝燦給 CG8198 起了個新名字 MagR，代表磁受體。
這一發現為科學家提供了利用磁場控制細胞的前景。在過去的十年中，科學家們已經徵用了某些蛋白質的光感能力來操縱神經元，通常是透過將光纖電纜直接插入大腦——這是一種稱為光遺傳學的工具。但磁感應蛋白的優勢在於，它們可以被大腦外部的磁場操縱。
北京清華大學神經科學家張生家聲稱已經證明了這種“磁遺傳學”能力。 9 月，當他發表一篇論文，報告使用生物指南針操縱蠕蟲神經元時，他意外地預先展示了謝燦的工作（X. Long et al. Sci. Bull. http://doi.org/883; 2015）。謝燦和其他人抱怨說，張生家的提前發表違反了兩位研究人員之間的合作協議（協議細節存在爭議），並要求撤回論文。 10 月，張生家被大學解僱，他對這一決定提出異議。
謝燦說，他在 4 月份提交了一份中國專利申請，其中包括磁遺傳學的使用以及蛋白質的磁力來操縱大分子。他還開始研究其他動物（包括人類）中 MagR 蛋白的結構。他認為，人類 MagR 變體甚至可能與人們的方向感差異有關。
懷疑的聲音
其他科學家不相信生物針在活生物體中像指南針一樣發揮作用。謝燦的團隊已經表明，MagR 和 Cry 在鴿子視網膜的相同細胞中產生——鴿子的擬議磁感應中心——但基斯說，MagR 和 Cry 存在於許多細胞中。“以如此少量的鐵，人們不得不問，在體內，在生理溫度下，MagR 是否完全能夠擁有磁性，”他說。“如果 MagR 是真正的磁感受器，我就吃掉我的帽子。”
謝燦希望其他人能夠透過進一步的實驗來加強他的論點，例如使某些果蠅組織中 MagR 的基因失活，以觀察它是否會影響動物的方向感。他說，他沒有做這項工作就發表了論文，因為他只是想報告這些發現，他已經研究了六年。
蛋白質複合物如何感知磁場的確切機制，或者它傳送的任何訊號如何被大腦處理的缺乏，讓一些研究人員感到猶豫。德國慕尼黑路德維希-馬克西米利安大學的磁學專家和地球科學家邁克爾·溫克爾霍費爾（Michael Winklhofer）說，MagR 的生物指南針活動可能僅僅是實驗汙染的結果。他正在計劃實驗以跟進謝燦團隊的發現。溫克爾霍費爾說，如果它成立，那麼 MagR 的發現“似乎是朝著解開磁感應分子基礎邁出的重要一步”。
本文經許可轉載，並於 2015 年 11 月 16 日首次發表。