MagR蛋白

　　被首次证明有磁感应能力

　　11月16日，《自然材料》杂志在线发表北京大学生命科学学院教授谢灿及其学生覃思颖、银行等人的论文，该团队提出，生物磁感应的第一受体并不是对光敏感的Cry蛋白，而是一种首次被证明有磁感应能力的铁硫簇蛋白，他们将其命名为MagR蛋白。事实上，为了寻找MagR蛋白，谢灿已经努力了6年。“从2009年回国至今，这是我第一篇正式发表的论文。北大给我了一个最宽容的环境。”谢灿告诉南都记者，他一直对磁感应研究很有兴趣，但动物的地磁导航是一个宏观问题，过去的研究往往集中在行为学和生态学方面，而他的研究领域则是分子生物学。

　　2008年外国学者敲除果蝇Cry蛋白的实验，让谢灿受到启发，找到了从微观层面研究地磁导航的切入口。结合之前的两种假说，谢灿认为，生物的磁感应机制可能与一种感磁蛋白有关。但这样的蛋白到底存不存在？谢灿并不确定。所以最初很长一段时间他都在独自摸索，直到2012年才让自己的研究生覃思颖等人加入。

　　在Cry蛋白的地位已经相当稳固的情况下，为什么会想到去寻找新的磁受体蛋白？覃思颖解释说，假设生物的磁导航能力来自于对磁倾角的感知，那么磁受体蛋白应该是线型或者棍状的，只有这样，它才拥有检测夹角的能力。但是目前，没有解析出来任何一种蛋白本身是棍状的，所以研究团队推测，磁受体可能经过了聚合才形成棍状的结构。Cry蛋白本身是光受体，那么有没有可能是感光蛋白在外，感磁蛋白在内，通过聚合形成一个棍状复合物，来作为磁感应器呢？这便是论文中提出的“生物指南针”模型。

　　“大海捞针”

　　磁受体选自1万多个蛋白基因

　　在查阅了大量文献及视频资料的基础上，谢灿推断感磁蛋白应该具备几点要素：Cry蛋白受到光的激发后会产生电子传递到下一个蛋白上，而含铁蛋白是天然的电子传递体，所以它可能是一种含铁蛋白；Cry蛋白是在眼睛中高度表达的，因此感磁蛋白应该在眼睛和头部有高度表达；Cry是胞内蛋白，那么感磁分子也是胞内蛋白；这一蛋白应该与Cry蛋白有相互作用，并且能够形成棍状多聚物。

　　根据以上的推测，谢灿等人以果蝇基因组为基础，从12536个编码蛋白的基因中，一步一步筛选出了14个符合所有预想要素的蛋白。而经过生化实验后，14个蛋白中只有1个，能够与Cry蛋白稳定的结合。研究者将它命名为MagR(Magnetoreceptor，磁受体)。MagR与Cry形成的复合物，即为磁感应器。据谢灿介绍，这个过程堪称“大海捞针”。而覃思颖一度迷茫到觉得做不下去，想要放弃。“还好坚持下来了。”覃思颖说。

　　找到MagR蛋白后，研究团队在实验室环境中成功模拟出生物指南针，其组成和架构与之前的预测完全吻合。实验证明，MagR与Cry的蛋白质复合物能感应到微弱的地球磁场，并沿着地球磁场排列。人工增强磁场强度则可以使这种排列更加有序。实验中也观测到，蛋白质复合物能够明显被铁磁物质吸引，当外界磁场突然反向时，会发生180°的跳转。同时，动物免疫组织化学实验也证明了，磁感应受体MagR蛋白质和光受体Cry蛋白质在鸽子视网膜存在共定位，即在细胞内分布有重叠，为两者可能存在的相互作用提供了必要条件。

　　争议

　　未包括体内实验研究受到不少学者质疑

　　动摇此前两种磁感应机制的同时，生物指南针模型在国际上引发了热议。英国牛津大学的生化学家皮特·霍尔(PeterHore)在评价说，MagR是目前已知唯一一种可长时间感受磁性的蛋白质。麻省大学神经生物学教授史蒂文·瑞波特(StevenReppert)则表示，研究太具有突破性了，自己“差点窒息”。

　　不过，由于论文中并未包括体内实验，也有不少学者存有质疑。“没有证据表明动物的眼部，确实具备形成这种蛋白复合物的条件。”有着数十年磁感应研究积累的新西兰奥克兰大学教授迈尔克·沃克(MichaelWalker)说。对此，谢灿认为文章的发表只是揭示磁感应机理的第一步，还需要大量的实验来逐渐揭开这个机理的细节，目前许多相关的实验已在进行中。比如说，揭示MagR蛋白质产生磁性的物理基础，以及阐明这一信号如何被神经系统和大脑识别，并作出反应。他表示，相关工作非常复杂，需要和多个实验室合作进行。