地球上生物的起源和演化都是在地磁場環(huán)境中進行的。地磁場不僅可以保護地球生物免受太陽風和有害宇宙射線的侵襲，還能夠直接影響部分生物的定向、導航行為和生理活動。地磁場及其變化對地球生物圈的影響是生物地磁學的主要研究目標，而動物地磁導航是生物響應地磁場的最引人矚目的現(xiàn)象之一。
古地磁學研究表明，在地磁極性轉換過程或地磁漂移期間地磁偶極子分量可減低至10-20%。這些變化對生物圈演化，特別是對依賴地磁場定向和導航生物的影響，是生物地磁學所需要研究的科學問題之一。由于蝙蝠是唯一能飛行的哺乳動物，對蝙蝠感磁機理的研究有助于認識哺乳動物地磁導航。國內外學者已在野外和室內觀測發(fā)現(xiàn)蝙蝠具有感知和利用地磁場的能力。然而，在地磁極性轉換或漂移期間，蝙蝠還能否感應并利用弱地磁場進行定向尚不清楚。
中國科學院地質與地球物理研究所地球深部結構與過程研究室、地球與行星物理重點實驗室副研究員田蘭香、研究員潘永信及其合作者，在前期對蝙蝠磁羅盤研究的基礎上，模擬不同強度和方向的磁場條件，研究了從正常地磁場強度到1/5強度地磁場條件下的蝙蝠定向行為。實驗發(fā)現(xiàn)，蝙蝠（中華山蝠）能夠感應到僅為1/3，1/4，1/5強度的磁場（相對現(xiàn)今北京地區(qū)地磁場強度51μT），并利用磁場準確地定向到磁北方向；即使最低強度1/5磁場的磁極倒轉，蝙蝠的定向也相應地發(fā)生倒轉，重新定位到新的磁北方向。該結果揭示出這種遷徙型蝙蝠感磁羅盤具有非凡的感應能力。蝙蝠感磁羅盤的高靈敏度與剛發(fā)現(xiàn)的鳥類感磁羅盤的高靈敏度相當。
該研究首次發(fā)現(xiàn)哺乳動物蝙蝠感磁羅盤具有響應極弱磁場的能力，他們結合之前的研究成果得到蝙蝠磁羅盤感應磁場強度的范圍為10-100μT。這表明，（1）蝙蝠在現(xiàn)今全球地磁場范圍（23-66μT）內都能夠正確飛行定向，而不會在低強度地磁場區(qū)域迷失方向；（2）蝙蝠應該能夠應對在其進化過程中可能遭遇的地磁極性轉換等變化，蝙蝠磁羅盤與地磁場協(xié)同演化，從而具備了這種靈敏的感磁能力。該研究證實了哺乳動物同鳥類一樣，具有出色的感磁能力，使得蝙蝠能夠應付地磁場的變化。同時也表明蝙蝠是研究哺乳動物地磁導航的理想對象，蝙蝠地磁導航機理的研究可為認識哺乳動物的感磁能力提供重要參考，其磁羅盤工作機理有待于進一步深入研究。
上述研究成果近期發(fā)表在國際SCI期刊PLOS ONE (Tian et al. Bats respond to very weak magnetic fields. PLOS ONE. 2015, 10(4): e0123205)。
圖1：蝙蝠在現(xiàn)今地磁場（A）和磁極倒轉的地磁場（B）中的定向示意圖。藍色扇形區(qū)表示實驗周期內蝙蝠的定向分布，黑色箭頭表示該磁場條件下蝙蝠的平均定向。（Nm：磁北）
圖2：蝙蝠在一系列極弱磁場：1/3強度磁場(A)，1/4強度磁場(B)，1/5強度磁場(C)，及相應磁極倒轉1/5強度磁場（D）中的定向示意圖。藍色扇形區(qū)表示實驗周期內蝙蝠的定向分布，黑色箭頭表示該磁場條件下蝙蝠的平均定向。（Nm：磁北）
來源：中國科學院地質與地球物理研究所
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