鸟类地磁导航的生物物理机制及其神经基础

行为实验已证实家鸽等鸟类能感受到地磁信息并且在归巢或迁徙中以地磁作为主要导航线索之一。然而，鸟类的磁感受机制至今仍不清楚。本项目将以家鸽为实验动物，分别从磁信息检测的初级过程、磁感受器官的位置及其与中枢神经系统的连接、负责磁信息加工的脑区三个层面研究鸟类磁感受与磁导航机制。（1）分别研究磁场强度变化、磁倾角变化、脉冲磁场对上喙部超顺磁磁晶粒形态结构的影响，探索初级磁检测器的生理基础，建立各种磁场参数（磁场强度、倾角、振荡频率等）的磁感受生物物理模型；（2）采用电生理技术结合免疫组织化学探测磁感受神经细胞、信号传导通路与投射脑区；（3）制备集成微型遥测系统，分别在"零磁空间"和开放空间中对自由活动/飞行的家鸽进行行为学实验验证。本研究旨在揭示家鸽的磁罗盘和磁地图的工作机理，对理解家鸽归巢导航机制具有突出重要的意义，并可为地磁导航技术提供仿生学模型、为遥控家鸽飞行提供科学理论基础。

本项目从磁信息检测的初级过程、磁感受器官的位置及其与中枢神经系统的连接、负责磁信息加工的脑区三个层面，揭示鸟类磁感受与磁导航机制。负责人根据特定实验需求，研制了能够在室内和野外展开实验研究的系列具有独立知识产权的微型工具，获得授权发明专利两件，受理发明专利两件。正是借助这些工具在完全开放的自然环境中的发现了重要而有趣的现象——视觉导航与磁导航的交互作用，这一现象成为下一步研究焦点。这些工具使得研究人员能够在完全自然开放的环境中研究鸟类的导航机制，促进了本研究方向的发展。在国家自然科学基金委和俄罗斯基础研究基金委的共同资助下，项目负责人与Nikita Chernetsov博士作为主席组织召开了第一届中俄动物磁导航双边研讨会，促进了人们对鸟类导航的认识与了解，推进了国际交流与合作，为跨学科研究提供了交流机会。与俄罗斯科学院动物所和莫斯科大学的学者交流了研究成果与研究方法，确定了合作实验内容，并在2012年4月份应邀访问俄罗斯科学进行联合实验，并进一步分析了鸟类导航中多线索整合与校正的问题，撰写了综述论文。在双边会议上，鸟类磁感受领域知名学者Henrik Mouritsen作了特邀报告，并与实验室讨论了磁导航的神经电活动记录与特征分析的合作研究内容，发表了神经活动分析方面的论文一篇。通过与国际同行深入合作，进一步改进了实验工具的研制。撰写了《动物行为学方法》（科学出版社）中“动物磁定向与导航的研究方法与技术”一章，为同行了解动物磁感受提供了参考方法。项目执行过程中，培养了研究生4名，课题组成员获得国家自然科学基金青年基金一项。.鸟类磁罗盘和磁地图的工作机理相当复杂，还需要生物学、信息科学、神经科学和物理学等领域学者共同努力深入交流，增加对鸟类归巢导航机制的认识和理解，为发展地磁导航技术提供仿生学模型。