通过候鸟的眼睛看我们的世界将是一种相当恐怖的体验。 它们的视觉系统中的某些东西使它们能够“看到”我们星球的磁场，这是量子物理学和生物化学的一个巧妙技巧，可以帮助它们航行很远的距离。
2021 年初，东京大学的科学家宣布，他们有史以来第一次直接观察到了关键反应推测是鸟类（和许多其他生物）感知地球两极方向的天赋背后的原因。
重要的是，这是量子物理学直接影响细胞内生化反应的证据？ 这是我们长期以来的假设，但之前从未在实践中看到过。
研究小组使用对微弱闪光敏感的特制显微镜，观察了含有特殊光敏材料的人体细胞培养物对磁场变化的动态响应。
当磁场经过细胞时，细胞的荧光会变暗。 （Ikeya 和伍德沃德，CC BY 4.0）
研究人员在实验室中观察到的变化与如果奇异的量子效应导致照明反应所预期的变化相符。
“我们没有对这些细胞进行任何修改或添加任何东西，”说生物物理学家乔纳森·伍德沃德。
“我们认为我们有极其有力的证据表明我们观察到了影响细胞水平化学活性的纯粹量子力学过程。”
那么细胞，特别是人类细胞，如何能够对磁场做出反应呢？
虽然存在多种假设，但许多研究人员认为这种能力是由于涉及称为隐花色素的光感受器的独特量子反应。
隐花色素存在于许多物种的细胞中，并参与调节昼夜节律。 在迁徙物种中鸟、狗和其他生物一样，它们与感知磁场的神秘能力有关。
事实上，虽然我们大多数人都做不到看磁场，人体细胞肯定含有隐花色素。 有证据表明，即使没有意识，人类实际上仍然能够检测到地球的磁力。
为了观察隐花色素内的反应，研究人员将含有隐花色素的人类细胞培养物置于蓝光下，使它们发出微弱的荧光。 当它们发光时，研究小组在细胞上重复扫描各种频率的磁场。
他们发现，每次磁场经过细胞时，它们的荧光就会下降约 3.5% ? 足以表现出直接反应。
磁场如何影响感光器？ 这一切都归结为一种叫做旋转的东西？ 电子的固有属性。
我们已经知道自旋受磁场影响很大。 将电子以正确的方式排列在原子周围，并将足够多的电子聚集在一个地方，所产生的物质质量只需使用像我们星球周围的弱磁场那样的弱磁场即可移动。
如果你想制作导航罗盘的针，这一切都很好。 但由于鸽子头骨内没有明显的磁敏感物质块的迹象，物理学家不得不考虑更小的问题。
1975年马克斯·普朗克研究所的研究员克劳斯·舒尔滕（Klaus Schulten）提出了一种关于磁场如何影响化学反应的理论。
它涉及一种称为激进对的东西。 普通自由基是原子外壳中不与第二个电子配对的电子。
有时，这些单身电子可以采用另一个原子中的僚机形成自由基对。 两者保持不成对状态，但由于共同的历史，被认为是纠缠在一起的，这在量子术语中意味着，无论它们相距多远，它们的自旋都会奇怪地对应。
由于这种相关性无法用持续的物理连接来解释，因此它纯粹是一种量子活动，甚至阿尔伯特·爱因斯坦也认为“幽灵般的'。
在喧嚣的活细胞中，他们纠缠将会转瞬即逝。 但即使是这些短暂相关的自旋也应该持续足够长的时间，以使其各自的母原子的行为方式产生微妙的差异。
在这个实验中，当磁场经过细胞时，相应的荧光下降表明自由基对的产生受到了影响。
这项研究的一个有趣的结果可能是，即使是弱磁场也可能间接影响其他生物过程。 虽然磁性影响人类健康的证据很薄弱，但类似的实验可能被证明是另一种研究途径。
“这项研究的令人高兴的事情是看到两个单独电子的自旋之间的关系可以对生物学产生重大影响，”说伍德沃德.
当然，鸟类并不是唯一依靠磁层确定方向的动物。 种类鱼,蠕虫,昆虫，甚至还有一些哺乳动物有诀窍。我们人类甚至可能会受到地球微弱磁场的认知影响。
这种能力的进化可以已交付大量的不同的动作基于不同的物理原理。
有证据表明，其中至少有一个将量子世界的怪异与生物的行为联系起来，这足以迫使我们想知道还有哪些生物学的其他部分是从基础物理学的诡异深度中产生的。
这项研究发表于美国国家科学院院刊。
本文的早期版本于 2021 年 1 月发布。
