功能生物罗盘与光受体蛋白相连

(Phys.org) - 观察到包括鸟类和昆虫在内的许多动物感知地磁场。过去的研究表明，隐花色素/光解酶家族(CPF)光受体蛋白参与动物对地磁场存在的行为反应，但到目前为止，还没有研究确定这些蛋白质是否与磁场向量的方向相关联。

最近，国际研究人员合作研究了CPF蛋白在蟑螂中提供定向磁敏感的可能性。通过结合行为和遗传方法，他们证明了动物型隐花色素(Cry2)蛋白质对两种蟑螂物种的地磁场方向敏感的第一个证据。他们在“ 美国国家科学院院刊”上发表了他们的研究成果。

除了它们在磁场检测中的作用外，隐花色素在许多物种的昼夜周期调节中也很重要，尽管它们可能不参与哺乳动物的光检测。在研究开始时，科学家们开发了一种涉及美洲蟑螂美洲大蠊(Periplaneta americana)的试验，但当他们意识到该物种只表达动物型Cry2时，他们添加了德国小蠊(Blatella germanica roaches)，它们表达Cry1和Cry2。

在休息周期中，在中午左右，蟑螂通常表现出最小的行为。但是当地磁场的水平磁矢量的方向周期性地旋转时，动物变得更加活跃，更频繁地改变它们的静止位置。这种磁诱导不安(MIR)是研究人员在实验中使用的观察基础之一。

当蟑螂完全黑暗时，观察不到MIR，研究人员确定光敏过程与美洲大蠊蟑螂的磁敏感有关。为了验证该理论，他们给蟑螂注射了双链Cry2 RNA，显着降低了Cry2的表达，从而完全消除了MIR的行为。虽然证明MIR不是蟑螂的内源活动，但它也摧毁了它们的昼夜节律。在恒定光照条件下测试的其他蟑螂发生了节律性昼夜周期，但没有表现出磁感受的损失，证明了地磁场感应与昼夜周期的分离。因此，研究人员能够将地磁场的感知与光感受联系起来，与昼夜调节分开。

他们在不同强度下测试了七种波长的光，以确定动物可以检测磁场的条件。他们发现磁吸收取决于从紫外波长到青色/绿色505纳米的光。然后，他们试图通过用黑色珐琅涂抹动物的复眼，来定位磁感应部位。这些蟑螂完全停止表达MIR行为，强烈暗示复眼中的Cry2负责磁感应。

作者写道，“总的来说，我们的研究结果确定了哺乳动物型Cry在光遗传学磁性中的作用，这两种昆虫在系统发育上远离果蝇。更重要的是，我们的研究提供了Cry2蛋白参与的原始证据。在自然强度下检测地磁场矢量方向，这是提供真正罗盘轴承的生物受体的一个重要特征。“