候鳥能夠利用包括磁羅盤在內的各種機制以驚人的精度導航和定向。由來自奧爾登堡大學(德國)和威廉港“Vogelwarte Helgoland”鳥類研究所(德國)的生物學家 Corinna Langebrake 博士和 Miriam Liedvogel 教授領導的團隊現已比較了數百種鳥類的基因組，發現進一步的證據表明，鳥類眼睛中的一種特定蛋白質是這一過程的磁感受器。研究人員發現，編碼隱花色素4蛋白的基因發生了顯著的進化變化，某些鳥類群體已經完全失去了它。

這些發現表明隱花色素 4 能夠適應不同的環境條件，并支持隱花色素 4 作為傳感器蛋白的理論，正如研究小組在英國皇家學會研究雜志Proceedings B上新發表的一篇論文中所報告的那樣。

這項研究是由奧爾登堡大學和牛津大學(英國)的研究推動的，該研究表明磁感受是基于候鳥視網膜某些細胞中發生的復雜量子力學過程。在 2021 年科學雜志《自然》上發表的一篇論文中，德英團隊提出了研究結果，根據該研究結果，隱花色素 4 很可能就是他們一直在尋找的磁感受器：首先，他們能夠證明這種蛋白質的存在其次，細菌產生的蛋白質實驗和模型計算均表明隱花色素 4 在磁場響應中表現出可疑的量子效應。

知更鳥擁有的蛋白質對磁場的敏感度明顯高于雞

有趣的是，研究還表明，候鳥知更鳥中的這些蛋白質比留鳥雞和鴿子對磁場更加敏感。主要作者 Langebrake 說：“因此，隱花色素 4 在知更鳥中比在雞和鴿子中更敏感的原因必須在蛋白質的 DNA 序列中找到。”“該序列可能是通過這些夜間遷徙的進化過程而優化的。”

因此，在當前的研究中，Langebrake 和 Liedvogel 領導的團隊首次從進化角度研究了磁感受。研究人員分析了從小斑點奇異鳥到鳴鳥等 363 種鳥類的隱花色素 4 基因。首先，他們將該蛋白的進化速率與兩種相關的隱花色素的進化速率進行了比較，發現用于比較的隱花色素的基因序列在所有鳥類中都非常相似：它們在進化過程中似乎變化很小。這很可能是由于它們在調節內部時鐘方面發揮著關鍵作用——這是一種對所有鳥類都至關重要的機制，對其進行修改會產生極其負面的影響。

相比之下，隱花色素 4 被證明是高度可變的。 “這表明這種蛋白質對于適應特定的環境條件非常重要，”奧爾登堡大學鳥類學教授兼鳥類研究所所長利德沃格爾解釋道。由此產生的專業化可能是磁感受。 “在其他感覺蛋白中也觀察到類似的模式，例如眼睛中的光敏色素，”她解釋道。

隨后，研究人員仔細研究了隱色素 4 的基因序列在鳥類的進化史上是如何進化的。結果使科學家們得出結論，特別是在雀形目(Passeriformes)的情況下，蛋白質已經通過快速選擇進行了優化。 “我們的結果表明，進化過程可能導致隱花色素 4 專門作為鳴禽的磁感受器，”Langebrake 說。

暴君鳥失去了可疑的蛋白質

另一個有趣的發現是，在三個熱帶鳥類演化支——鸚鵡、蜂鳥和暴君鳥(亞音鳥，也被稱為暴君鳥)中，隱花色素 4 的信息在進化過程中丟失了，這意味著這些鳥類無法產生這種蛋白質。這表明它在它們的生存中并不起著至關重要的作用。然而，雖然鸚鵡和蜂鳥是定居的，但一些暴君鳥是長距離遷徙者，它們像歐洲的小型鳴禽一樣，白天和晚上都會飛行。“與知更鳥不同，它們沒有隱花色素 4，這一事實使它們成為研究各種磁感應假說的理想系統，”蘭格布拉克說。

這里有一個有趣的問題是：暴君鳥是否發展出了一種獨立于隱花色素 4 的磁感應?或者它們能夠在沒有磁感應的情況下確定自己的方向?另一種可能性是，它們的磁感應具有與知更鳥相同的特征，即依賴于光，例如，可能會被無線電波干擾。 “前兩種情況將有力地證實隱花色素 4 假說，而第三種情況將對該理論構成挑戰，”生物學家強調道。

因此，研究小組下一步計劃研究 Tyranni 的磁方向，并弄清它們是否具有磁感。“Tyranni 進化枝為我們提供了一個天然工具，讓我們了解隱花色素 4 的功能以及磁感應對候鳥的重要性，”Liedvogel 說道，并概述了進一步研究的起點。

這項基因研究是“脊椎動物的磁感應和導航：從生物物理學到大腦和行為”合作研究中心的成果，該中心由奧爾登堡大學的生物學家 Henrik Mouritsen 教授領導，鳥類研究所也參與其中。來自普倫馬克斯普朗克進化生物學研究所的研究人員也參與了當前的研究。