动物节律与地磁场的变化

动物节律与地磁场的变化张启富动物在地震前出现行为异常现象,已被国内外多次震例所证实。但是,对于其产生异常的原因和各种动物的自身正常生活节律的形成,至今,仍是个探索性的问题,地球磁场的变化大体上可分为长期变化和短期变化。长期变化如磁极移动、西向漂移、磁...     

鸟类利用地磁场定向的机制

地磁场和生物体问的相互作用关系是一个很有趣的未解之迷.虽然对地磁场的生物学作用至今还知之不多,为过近来有关鸟类利用地磁场信息定向的研究取得了较大的进展.很多鸟类能够对地磁场和外加磁场信息做出反应,这些反应可能通过磁场一生物化学过程介导.对此,目前有两种被广为接受的解释,一种认为在鸟喙上方存在一个磁场信息感受器,另一种认为通过视觉成像系统感受磁场信息.另外,最近研究发现磁场信息的感知分析功能有明显的单侧优势特征.虽然目前有关鸟类利用磁场信息定向的研究取得了很多进展,但是要想解释并利用鸟类的磁场定向功能还有很多工作要做.本文结合最近的研究发现对这一有趣的问题进行了综述.     

鸟类利用地磁场定向的机制(英文）

地磁场和生物体间的相互作用关系是一个很有趣的未解之迷。虽然对地磁场的生物学作用至今还知之不多,不过近来有关鸟类利用地磁场信息定向的研究取得了较大的进展。很多鸟类能够对地磁场和外加磁场信息做出反应,这些反应可能通过磁场−生物化学过程介导。对此,目前有两种被广为接受的解释,一种认为在鸟喙上方存在一个磁场信息感受器,另一种认为通过视觉成像系统感受磁场信息。另外,最近研究发现磁场信息的感知分析功能有明显的单侧优势特征。虽然目前有关鸟类利用磁场信息定向的研究取得了很多进展,但是要想解释并利用鸟类的磁场定向功能还有很多工作要做。本文结合最近的研究发现对这一有趣的问题进行了综述。     

磁与生物研究的创新之路

如果有人说,46亿年前地球上产生第一条生命体之时,磁就与生物结下了不解之缘,你不要以为这是美妙的神话故事。无数科学家辛勤劳动的汗水和智慧的结晶,为磁谱写着生命赞歌的奇特音符。     

亚磁场对雄性小鼠神经递质、 激素和血常规的影响

本研究主要是探讨连续亚磁场环境暴露对C57BL/6雄性小鼠（Mus musculus domesticus）神经递质、激素含量和血常规参数的影响。实验组为亚磁场暴露组（1.1 ± 0.5）μT,对照组为地磁场组（53.3 ± 0.2）μT。实验对象分别为3周龄幼年小鼠和8周龄成年小鼠。幼年小鼠随机分为实验组与对照组,每组42 只;成年小鼠也随机分为实验组与对照组,每组36只。幼年小鼠在两种磁场环境中的暴露时间为1 ~ 5周,成年小鼠的暴露时间为1、3、6、9、12周。采用液相色谱-质谱联用法（LC-MS）检测小鼠脑组织及血清中的神经递质含量,包括5-羟色胺（5-HT）、多巴胺（DA）、乙酰胆碱（Ach）、去甲肾上腺素（NA）、γ-氨基丁酸（GABA）;用 ELISA 方法检测小鼠血清中的激素含量,包括甲状腺素（T4）、生长激素（GH）、去甲肾上腺素（NA）;血常规在北京大学医学部检测。采用独立样本 t 检验对实验组与对照组的检测结果进行差异分析。与地磁场组相比,亚磁场组幼年小鼠脑组织多巴胺（DA）含量在第5周有显著降低（P < 0.05）,血清中的甲状腺素（T4）含量在第 2和5 周有显著降低（P < 0.05）,去甲肾上腺素（NA）含量在第4周出现显著性降低（P < 0.01）;与地磁场组相比,成年小鼠脑组织5-羟色胺（5-HT）、去甲肾上腺素（NA）含量在处理1周时均出现显著性降低（P < 0.05）,血清中5-羟色胺（5-HT）含量在第3周也出现显著性降低（P < 0.01）,甲状腺素（T4）含量在第 3、6、12 周出现显著性降低（P < 0.05）。血常规结果显示,成年和幼年小鼠的白细胞（WBC）在暴露早期第1周和第2周分别出现显著性增多（P < 0.01）,其他参数基本无变化。本研究发现,两个年龄段的小鼠对亚磁场响应的指标不完全一致,仅甲状腺素（T4）在两个年龄段小鼠的体内都出现显著性降低。通过本研究说明,甲状腺素（T4）、5-羟色胺（5-HT）、去甲肾上腺素（NA）、多巴胺（DA）和白细胞（WBC）可能是不同年龄段小鼠对亚磁场环境暴露较为敏感的生理指标,可在今后的亚磁场生物效应研究中重点关注。     

亚磁空间生物学效应研究的实验系统

直径2 m的补偿式亚磁空间中,内置非铁磁性智能化多功能实验箱系统,箱内温控范围20~40℃,精度0.1℃,过温报警,湿度可控范围40%~80%,通风和光照任意。箱内中央空间(长×宽×高=66.0 cm ×40.0 cm ×28.3 cm)中,80%、15%和5%的位点剩余磁场分别平均为地磁场的0.5%~0.6%、1.3%~1.5%和2.7%~4.2%。箱内中央空间的高度为43.0 cm时,55%、35%和10%的位点剩余磁场分别平均为地磁场的1.9%、2.3%和3.3%。可用于多种生物学效应的观察和研究。     

生物地磁响应研究进展

地球上的生物每时每刻都受到地球磁场的影响.本文从介绍磁场及地球磁场入手,详细阐述了生物对地球磁场的磁响应现象.从候鸟到厌氧细菌,大量生物已被证实可对磁场产生生理和行为响应,即表现为磁场影响生物的生理发育,且提供地磁信息作为"罗盘"与"地图",指导动物远距离迁徙或短距离扩散等.关于生物磁响应的机制,目前有两种假说得到广泛认可,即磁颗粒介导的磁受体假说和依赖光并基于自由基对的磁响应假说,而近期由中国科学家提出的磁蛋白生物指南针模型更是引起了广泛关注,但至今尚缺乏生物活体验证.目前,全球变化背景下的地磁场变化面临加剧风险,而国际上(尤其是国内)对生物磁响应现象的研究才刚刚起步,相关研究亟待深入开展,以便为应对地磁场变化提供基于生物磁响应的科学依据.     

动物地磁导航机制研究进展

地磁场是地球重要的物理场,它不仅能保护地球生物免受太阳风及其他宇宙射线的伤害,阻挡地球生命赖以生存的大气圈和水圈被剥蚀,为地球生物提供一个温和的生存进化环境,而且其强度、偏角和倾角能为动物迁徙提供定位导航参考。目前,行为学研究已经发现许多鸟类、爬行类、两栖类、哺乳类等动物都能够利用地磁场导航。动物感知地磁场的磁感受器(magnetoreceptor)、磁信息的感知机制和信号传递通路一直是动物地磁导航研究的焦点和难点,但目前对它们的了解并不十分清楚。基于国内外学者最近的研究成果,本文首先介绍三种主要的磁感知机制及其相应的证据:电磁感应、基于光受体的磁感知及基于磁铁矿纳米颗粒的磁感知。其次,总结鸟类基于光受体和磁铁矿纳米颗粒的磁感知神经通路和相应的磁信息响应脑区:(1)眼睛视网膜上光依赖的磁感受器——隐花色素通过视觉通路与大脑联系获取准确方向信息;(2)上喙或内耳中的磁铁矿纳米颗粒磁感受器,通过三叉神经或内耳听壶传入神经将感知的磁场强度信息传至脑干前庭区域,获得"导航图"信息。最后,简要总结近年来哺乳动物地磁导航的研究进展,并指出动物地磁导航研究当前亟待解决的几个重要科学问题。     

长期亚磁场处理降低成年雄性小鼠肌肉组织的线粒体功能和运动能力*

亚磁场是深空载人航天任务中的一个关键风险因素。研究表明,亚磁场影响动物多种运动相关行为,但长期亚磁场处理对成年个体运动能力的影响还需要进一步的研究,以评估深空飞行任务中亚磁场的潜在风险。本研究利用三轴亥姆霍兹线圈系统模拟的亚磁环境,长期（一个月）曝露处理成年雄性C57BL/6小鼠,并从行为,组织,细胞,分子水平研究其对小鼠运动能力的影响。相比于地磁组对照,亚磁组小鼠的耐力显著下降。并且,其骨骼肌中柠檬酸水平和肌膜下线粒体数量的下降,以及骨骼肌线粒体形态的变化,表明亚磁场诱导了肌肉线粒体功能抑制,并可能导致其与耐力密切相关的能量代谢的下降。我们的研究结果为线粒体直接响应亚磁场提供了体内证据,并且提示线粒体相关指标可能用于亚磁场效应的风险评估和干预药物的开发。     

近零磁场下粘虫雌蛾内参基因转录表达稳定性评价

【目的】筛选近零磁场下粘虫Mythimnaseparata雌蛾内稳定表达的内参基因,为在近零磁场下的粘虫靶标基因表达的定量分析准确性提供依据。【方法】利用亥姆霍兹线圈产生近零磁场,分别在近零磁场(<500nT)和地磁场(约50μT)2种磁场强度下饲养粘虫。采用qRT-PCR技术测定2种磁场强度下饲养的粘虫初羽化雌蛾10种内参基因:β-肌动蛋白(β-Actin)、β-微管蛋白(β-TUB)、TATA盒结合蛋白(TBP)、延伸因子(EF-1α)、甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GAPDH)、18S核糖体RNA(18S rRNA)、28S核糖体RNA(28SrRNA)、cGMP依赖性蛋白激酶(PKG)、核糖体蛋白L12(RPL12)和腺苷三磷酸酶(ATPase)的定量表达,利用geNorm、NormFinder、BestKeeper以及在线综合分析系统RefFinder内参筛选分析软件分别对2种磁场强度下粘虫的内参基因稳定性进行评估筛选。【结果】β-Actin和18S rRNA的稳定性在NormFinder结果中居于前两位,geNorm和BestKeeper结果中β-Actin和PKG基因稳定性最好,RefFinder综合分析表明,β-Actin稳定性最好,其次为18S rRNA和PKG基因,β-TUB和TBP的表达稳定性在三个软件分析结果中都较差。geNorm软件进一步对内参基因的分析表明引入β-Actin和18S rRNA两个内参基因最佳。【结论】明确了近零磁场强度下适用于粘虫初羽化雌成虫稳定表达的内参基因,确保了近零磁场下粘虫靶标基因转录表达水平的准确测定,为粘虫磁感受分子机制研究提供了重要工具。     

粘虫飞行定向行为与不同磁场环境的关系

【目的】研究正常地磁场和近零磁场条件下饲养的粘虫Mythimna separata(Walker)夜间飞行定向行为与磁场的关系,为明确迁飞性昆虫远距离迁飞的地磁定向机制提供依据。【方法】分别在正常地磁场和近零磁场条件饲养粘虫,羽化后的粘虫蛾在人工模拟不同的磁场条件下进行夜间飞行定向行为测试,比较粘虫蛾飞行定向行为的差异。【结果】粘虫蛾在正常地磁场条件下均具有显著的群体共同定向行为,夏季测试的粘虫群体共同定向方向为偏北;在近零磁场以及垂直平面分量倒转的地磁场条件下,粘虫蛾群体共同定向行为均消失。同时,不同磁场的生长环境对粘虫飞行定向行为的影响不明显,而飞行测试时的磁场环境对其定向行为有显著影响。【结论】磁场可能是粘虫定向的重要参考依据之一,粘虫对地磁场磁倾角的变化有反应,推测其可能利用了磁倾角进行一定程度上的辅助定向。     

我们生活在磁的世界里——磁的普遍性(连载之一)

任何地方都有磁的现象——磁现象的广泛存在提到磁,许多人都认为它是很少见的。好像只有磁铁吸引铁,指南针指示南北方向,才同磁有关。直到当今,社会生活中的录音机要使用磁录音带,录像机要使用磁录像带,这才使磁的概念有了一些扩大。但是,许多人仍然把其他的东西称为是无磁性的,或者称为非磁性的,总还是认为磁是少见的。那么,磁真的少见或很少见吗现代科学技术研究和应用的发展,已经在许多方面表明,磁不但不是少见的,而且刚好相反,磁的现象和磁的应用十分广泛,随处可见。这里先从我们身边谈起,由近到远,由肉眼直接看得见的…     

生物电浆磁学及其应用

引言现代科学是在高度分化的基础上高度综合向整体化趋势发展。２１世纪是以生命科学为中心的信息与智能革命的世纪,是东西方争夺世界科学中心的时代,回顾科学技术发展史,在１５世纪后半期世界科学中心开始转移到西方,首先在意大利,继至英国、法国、德国,第二次世界大战起转移到了美国。历史事实表明我国古代科学技术成就是近现代科学技术兴起的重要基础之一,在１５世纪后半期之前,世界科学中心一直在中国,中国科学技术发展还出现两个黄金时期,即公元前２０６年—公元２２０年的汉朝和公元９６０年—１２７９年的宋朝,预计第三个…