谢灿教授学术报告总结-浙江大学理学院.PDF

谢灿教授学术报告总结 2016 年9 月23 日，北京大学生命科学学院的谢灿教授来到浙江 大学物理系，为同学和老师们带来了一场名为《A quantum physics solution for magnetic protein biocompass model?》的学术报告，时长大 约1 小时。此次有趣的报告吸引了很多师生，到场人数为30 多人。 图1 为颜波老师向大家介绍谢灿教授 开场前，颜波老师向大家详细介绍了谢灿研究员。谢灿，现任北 京大学生命科学学院研究员，生物化学与生物物理进展常务编委。 2001 年于中国科学院遗传与发育生物学研究所获蛋白生化和分子遗 传学的理学博士学位。2001 －2009 年在哈佛大学医学院病理系的免 疫疾病研究所做分子生物物理学和结构生物学的博士后工作。期间 2006 年在美国Brookhaven 国家实验室，生物系和国家同步辐射中心 研究学习。2009 以来任职于北京大学生命科学学院分子生物物理学 实验室。 谢灿教授主要研究（但是不局限于）以下几个研究方向： （1）动物对地球磁场的感受（磁感应受体），以及迁徙、导航的分 子机理。 （2）自然界色彩的生物物理学研究，从某种意义上来说，色彩是生 物体对环境的一种结构性的适应，自然界的色彩包括色素色彩和结构 色彩。结构色（Structural Color)、纳米自组装、变色龙的变色机 理、章鱼的变色和隐形的生物物理学基础是我们的主要研究兴趣。 图2 为谢灿教授的报告过程 此次报告的主要内容是：动物磁性受体、迁移和导航的分子机制 提供了我们一个独特的视觉在分子甚至原子层面去探索生物世界和 现实世界之间的界面。动物可以检测地球磁场的概念曾经被嘲笑,但 现在变成里不可争议的事实。然而,这个神秘的性质一直是一个迷人 和未解决的生物问题。此前,谢灿课题组在Nature Materials 杂志上在 线发表了生物感磁研究领域的一项突破性进展。作者首先提出了一个 基于蛋白质的生物指南针模型 （Biocompass model）。该模型认为， 存在一个铁结合蛋白作为磁感应受体（Magnetoreceptor，MagR）， 该蛋白通过线性多 聚化组装，形成了一个棒状的蛋白质复合物 （Magnetosensor），就像一个小磁棒一样有南北极。而前人推测的 感磁相关蛋白Cry 和磁感应受体 MagR 通过相互作用，在MagR 棒状 多聚蛋白的外围，缠绕着感光蛋白Cry，从而实现“光磁耦合” 。在这 一模型的理论框架下，谢灿课题组通过计算生物学预测、果蝇的全基 因组有哪些信誉好的足球投注网站和蛋白质相互作用实验发现了一个全新的磁受体蛋白 （MagR）。生物物理学和物理学实验证明，MagR 蛋白复合物具有很 明显的内禀磁矩，能通过磁场在实验室富集和纯化得到。实验证明 MagR 蛋白质复合物能感应到微弱的地球磁场（在北京大致为0.4 高 斯），并沿着地球磁场排列。实验中也观测到了蛋白质晶体呈现极强 的磁性，能明显被铁磁物质吸引。同时，动物免疫组织化学实验也证 明了磁感应受体MagR 蛋白质和光受体Cry 蛋白质在鸽子视网膜存在 共定位，暗示着动物可能可以“看” 到地球磁场的存在。 假设我们的地球是一块大磁铁，地磁的南北极和地理南北极是相 反的(地球北极是地磁南极，地球南极是地磁北极)，并且地磁南北极 之间的连线和地理南 北极之间的连线有一个偏角（磁偏角）。地磁 场的磁感线在地球内部和两个磁极的连线重合，在地球外部围绕地表 上空形成闭合曲线，所以理论上，有“磁觉” 的生物除了能利用地表附 近的地磁场指示东西南北，还能通过所处位置的磁场强度以及磁倾角 （地球表面磁场与地平线所成的夹角。一般来说，北半球的磁倾角为 正，南半球的磁倾角为负）准确定位纬度，并且通过太阳和月亮结合 地磁场的信息来确定经度。科学家们对于这种不可思议的磁场感受能 力已探究了几十年，他们好奇的是，生物到底是怎样感知到强度弱到 0.35-0.65 高斯量级的地磁场 （一般永磁铁附近的磁感应强度为 4000-7000 高斯），并且准确辨别磁场方向，从而指导前进方向？为 什么作为高等哺乳动物的人类并不能从意识上感知地磁场？有些人 非常有方向感，但是有些人却是路痴，这和其他生物的感磁能力是否 有相关性呢？虽然有研究表明地磁场能够影响人类视觉系统的感光 能