生物体内的指南针演示课件.ppt

生物体内的“指南针” 理学院物理四班 于隽 P 指导老师 程福臻 * 摘要： 研究生物的磁现象，提出生物磁导航的磁 场视成像假说。  趋磁细菌是一类能够沿着磁力线运动 的特殊细菌,其细胞内含有对磁场具有敏感 性的磁小体,它起了导向的作用。研究趋磁 细菌的特性及其应用前景。 关键词：生物磁学 磁导航 趋磁细菌 * 信鸽认路与海龟回游 我们都知道，信鸽可以从离家几十、几百甚至上千公里的地方飞回家里；候鸟每年在春秋两季从南方飞回北方，冬季又从北方飞到南方；一些海龟从栖息的海湾游出几百几千公里后又能回到原来的栖息处。它们是如何辨别方向的？尤其是在茫茫的海洋上。难道它们也像人类航海时一样使用指南针吗？生物学家提出了许多假说。 图一. 海龟回游图 * 一些假说 一.太阳罗盘导航说 二.电离层磁导航说 三.天体雷达导航 四.皮肤导航说 五.地球磁场导航说 …… 目前，比较主流的看法是与地球磁 场有关 * 例证 有人做实验给信鸽的头上加上一块具有特定极性的人工磁铁后,鸽子的飞行不能进行正确的定向。 每当太阳黑子活动剧烈时,地球磁场受到干扰,鸽子的返巢率也随之大大降低。上个世纪90年代，太阳黑子频繁爆发，欧洲信鸽大量迷失，一场赛事中基本上有80%的信鸽无法归巢。 鸽巢所在地的磁场 梯度变化越明显，信鸽回 巢越容易。 看来，信鸽认路 靠磁场的说法是无可辩 驳的，但它内部的机制 现在还是个谜。 * 然而，地球磁场导航说也并非完美，有些现象它无法解释。 比如，信鸽的在夜间或阴天时，回巢率会明显下降。这一点为太阳罗盘导航说提供了有力的证据。 有人提出信鸽导航靠多种方法综合运用。但我觉得这种大杂烩似的理论是不美的。 因此，我要把这个理论用奥卡姆剃刀原理剃掉。并斗胆提出我的假说。 * 我的假说：磁场在鸽子的眼睛中成像 灵感来源于此图，铁屑在磁场中重新排列，按磁力线分布。那么鸽子的眼睛中会不会有某种特殊的物质，能够按地磁场的磁力线重新排列，然后通过视神经成像，这样，鸽子就能看见地磁场了。 图二 * 查阅了相关资料后，我发现 我的假说并不是痴人说梦，这个特 殊的物质也许就是蓝光受体蛋白， 蓝光受体蛋白具有这样的性质：在 接收到蓝光以后会发生化学反应并形成原子对中间产物。磁场可 以改变原子对中电子的自旋状态。 也许信鸽的眼球中就存在着蓝光受体蛋白，在接收到蓝光的 条件下，原子对中间产物按照磁场的方向整齐地排列，再通过视 神经传给大脑，于是信鸽就看到磁场了。 同时我的假说能够很好地解释信鸽在阴天和夜晚回巢率 低的问题。因为阴天和夜晚时天空中的蓝光较少，不足以使蓝受 体蛋白反应充分，因此在信鸽的眼里磁场较模糊，不易认路。 * 有关生物导航的研究还在继续，我们盼望着这个谜的早日解开。 同时，这方面的研究成果也将在航天，军事等领域发挥巨大的应用。 * 其实，不仅信鸽、海龟能依靠地磁场认路，有的细菌也可以，难道小小的细菌体内也有指南针么？ 1975年，美国生物学家Blakemore发现并命名了自然界存在的一类奇特的微生物——趋磁细菌（Magnetotactic bacterium)。 * 趋磁细菌 1975年,Blakemore用显微镜研究盐泽的泥浆沉淀物时,观察到有些微生物持续不变地向一个方向游动,它们聚集在一滴污水的某一边缘.这是一种趋光性反应吗?不是,因为不管落在显微镜片上的光怎样分布,细菌总是游向同一个边缘,甚至当显微镜被木盒盖住、转向或移放到其它房间时，细菌仍然游向同一方向。 　　 这究竟是怎么一回事呢？细菌是最简单的微生物之一，它的这种运动与地球的磁场有关吗？实际上这是一种趋磁性行为。实验证明：当把一小滴泥浆用暗场照明的显微镜在低倍率（约80倍）下放大检查时，游动的、折射光的细菌看起来像一些游动的小光点。在只有地磁场而没有其它磁场作用时，一些细菌就持续不断地向北游动，并聚集在小水滴的北面的边缘。如果把一条形磁铁放在附近