亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        揭示鳥類磁感之謎

        2021-09-07 08:08:20編譯米斛
        世界科學(xué) 2021年8期
        關(guān)鍵詞:花色素單線自由基

        編譯 米斛

        長期以來, 動物如何感受地球磁場始終是個謎。

        在遷徙歐洲知更鳥的眼睛里發(fā)現(xiàn)的隱花色素ErCRY4因其自身的物理性質(zhì),成為推斷中的磁感受器。

        可以說磁感是感官生物學(xué)中最大的謎題。所謂磁感,是指動物如何感應(yīng)地球磁場并像指南針那樣利用地球磁場來確定自身的空間方向。包括鳥類、海龜、魚類、甲殼綱動物以及昆蟲在內(nèi)的各種各樣的動物依賴這一方式來做短途和長途的導(dǎo)航。感受地磁場方向的生物學(xué)組織及進(jìn)行導(dǎo)航的內(nèi)部感覺機(jī)制仍不清楚。在候鳥中,這一感覺最可能是由視網(wǎng)膜中的一種被稱為隱花色素的磁感蛋白介導(dǎo)的。然而我們尚缺乏證據(jù)證明這種蛋白確實擁有感受磁場的能力,以及這種蛋白具有感受地球極弱的磁場的物理性質(zhì)。許靜靜提供了該機(jī)制體外實驗證據(jù),讓我們更加接近磁感之謎的謎底。這一研究成果發(fā)表于《自然》(Nature)雜志。

        當(dāng)前主要有兩種關(guān)于動物如何感受地球磁場的假說。一種假說認(rèn)為動物依靠其體內(nèi)與磁感受器直接接觸的三氧化四鐵晶體感受磁場。這種磁體為了與地球磁場保持平行,會產(chǎn)生一個被稱為扭矩的旋轉(zhuǎn)的力。這個力會作用在磁感受器上,打開或關(guān)閉機(jī)械感受器的離子通道,從而提示身體位置的變化。

        另一個主流假說認(rèn)為,當(dāng)隱花色素蛋白吸收了光子,進(jìn)入光激活狀態(tài),會形成一種被稱為自由基對的對磁敏感的化學(xué)中間體。這一反應(yīng)會導(dǎo)致隱花色素與一種自由基分子黃素腺嘌呤二核苷酸自由基(FADH?)相結(jié)合,而這一產(chǎn)物在磁場中的方向變化則會提示動物自身與地球磁場的相對方向。這兩種機(jī)制并非互相排斥,事實上候鳥可能同時擁有這兩種機(jī)制。利用三氧化四鐵晶體產(chǎn)生“磁地圖感“,即感受地球表面某一特定位置的磁性特征;利用隱花色素產(chǎn)生磁方向感,即為動物提供一種自身相對于磁場北極方向的感覺。

        隱花色素是一種黃素蛋白,在動物和植物體內(nèi)都存在。隱花色素非共價性結(jié)合像黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)這樣的發(fā)色團(tuán)。FAD 在完全氧化的狀態(tài)下能夠吸收藍(lán)光的光子。在動物中,隱花色素被稱為CRY1 和CRY2,參與晝夜節(jié)律的調(diào)節(jié),并且它們在組織內(nèi)的表達(dá)水平明顯以24小時為周期。相比之下,隱花色素CRY4 缺乏這樣的晝夜節(jié)律標(biāo)志,提示其有不同的生物學(xué)功能,例如產(chǎn)生磁感。CRY4 在鳥類、魚類和兩棲動物中被發(fā)現(xiàn),而兩棲動物有明顯的依據(jù)磁感的行為。因此,CRY4 成為脊椎動物基于隱花色素的磁感產(chǎn)生機(jī)制的首要候選蛋白。

        先前針對雞和遷徙歐洲知更鳥(歐亞鴝)的研究表明,CRY4 存在于兩種視網(wǎng)膜中感光細(xì)胞的外部,雙錐細(xì)胞和感受長波的單錐細(xì)胞。這是接收光的理想位置,而隱花色素通過吸收光的能量被激活,從而感受磁場。支持CRY4 在磁感中有可能起到作用的進(jìn)一步證據(jù)是當(dāng)歐洲知更鳥的遷徙季即將到來時,其在視網(wǎng)膜內(nèi)的表達(dá)水平在會升高。相比之下雞作為留鳥,其CRY4 的表達(dá)水平始終很低。

        許靜靜和她的同事的主要研究進(jìn)展是解釋了CRY4(ErCRY4 的別名)的一種狀態(tài)具有關(guān)鍵的物理性質(zhì):能夠形成具有高磁場感受能力的自由基對。這一物理性質(zhì)是遷徙歐洲知更鳥感受地球磁場所必需的。FAD 在結(jié)合ErCRY4后,在光的作用下被還原(獲得一個電子),產(chǎn)生自由基對。自由基含有奇數(shù)個電子,而一個自由基對由兩個同時形成的自由基產(chǎn)生。通常自由基對是在化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的。在ErCRY4 中,自由基的單電子通過一系列經(jīng)由3 到4 個位于FAD 和隱花色素表面之間的色氨酸殘基(即從TrpA 到TrpD)進(jìn)行電子傳遞而產(chǎn)生。

        一個鳥類磁感機(jī)制模型

        鳥類利用地磁場來幫助他們遷徙。遷徙歐洲知更鳥視網(wǎng)膜中的感光細(xì)胞內(nèi)含有一種被稱為ErCRY4的蛋白。該蛋白能夠結(jié)合FAD,當(dāng)FAD處于基態(tài)時與ErCRY4結(jié)合產(chǎn)生的復(fù)合物被稱為ErCRY4-FAD,而當(dāng)FAD處于其“光激活”狀態(tài)時該復(fù)合物則被稱為ErCRY4-FADH?(FADH?是一種自由基)。當(dāng)ErCRY4-FAD吸收了一個藍(lán)色光光子,反應(yīng)物自由基分子就能夠形成。這一形態(tài)由FAD和ErCRY4的色氨酸殘基組成,其中色氨酸殘基提供一個電子。自由基對對地磁場敏感,并且在單線態(tài)和三線態(tài)之間快速轉(zhuǎn)化(這兩種狀態(tài)有不同的電子自旋方向)。自由基對能夠產(chǎn)生ErCRY4-FADH?,這是一種壽命較長的反應(yīng)產(chǎn)物,理論上可以刺激下游通路產(chǎn)生感覺信號級聯(lián)反應(yīng)。同時,ErCRY4可以回到其原始狀態(tài)(ErCRY4-FAD)。感覺信號級聯(lián)反應(yīng)的結(jié)果受自由基對狀態(tài)的影響。如果鳥類改變自身方向,其方向相對于磁場的改變會導(dǎo)致處于三線態(tài)和單線態(tài)分子比例的改變,可能進(jìn)一步改變ErCRY4-FADH?反應(yīng)結(jié)果的改變。許靜靜等人提供的數(shù)據(jù)顯示ErCRY4的物理性質(zhì)滿足這一磁感機(jī)制的要求

        在FAD 中,光照條件下進(jìn)行的還原反應(yīng)產(chǎn)生的單電子讓自由基自發(fā)產(chǎn)生磁性。這是因為電子就像一個微小的磁體,而這一性質(zhì)被物理學(xué)家成為自旋(通常由箭頭↑表示)。當(dāng)一個分子只含成對的電子時,電子對的自旋能夠抵消各自的磁性,從而使得整個分子不具有磁性。

        如果一個自由基對的兩個自由基中單電子的自旋方向相反,那么這個自由基對被稱為單線態(tài)。但如果這兩個單電子自旋方向相同,那么這個自由基對就處于三線態(tài)。當(dāng)隱花色素處于光激活狀態(tài)時,它通常會形成一個單線態(tài)的自由基對,但這一狀態(tài)不會持續(xù)太久。由于量子水平上特殊的物理規(guī)律,自由基對通常會轉(zhuǎn)變到三線態(tài),并在這兩種狀態(tài)之間以每秒數(shù)百萬次的頻率反復(fù)轉(zhuǎn)化。這兩種狀態(tài)都能產(chǎn)生一個反應(yīng)產(chǎn)物,即含有FADH?的CRY4,而這一反應(yīng)產(chǎn)物則被認(rèn)為是磁感的信號分子。但單線態(tài)自由基分子能夠回到其氧化態(tài),即不具有活性的基態(tài),從而減少參與產(chǎn)生反應(yīng)產(chǎn)物的分子。如果分子處于三線態(tài)的時間更長,那么就會產(chǎn)生更多的反應(yīng)產(chǎn)物。所以如果單線態(tài)和三線態(tài)的相互轉(zhuǎn)化能夠被操控,從而改變分子在這兩種狀態(tài)下各自的時間之比,那么就可以改變反應(yīng)產(chǎn)物的產(chǎn)量。

        因此,基于隱花色素的磁感機(jī)制的關(guān)鍵在于:分子處于單線態(tài)和三線態(tài)各自時間的占比以及產(chǎn)物的產(chǎn)量直接與地磁場方向相關(guān)。單個ErCRY4 分子自身與地球磁場相互作用產(chǎn)生的能量比產(chǎn)生自由基和影響其穩(wěn)定性所需的能量弱很多,但FAD 吸收的光子可以提供所需的能量。盡管如此,這個機(jī)制仍然要求自由基對必須對磁足夠敏感,以及反應(yīng)產(chǎn)物的產(chǎn)量必須足夠大并且產(chǎn)物必須存在足夠長的時間,這樣反應(yīng)產(chǎn)物才能滿足作為感覺信號物質(zhì)的要求。在生物物理化學(xué)領(lǐng)域,許靜靜和她的同事采用了包括光譜法和分子動力學(xué)刺激在內(nèi)的許多方法來闡明,至少在體外ErCRY4 滿足作為感覺信號物質(zhì)的全部要求。

        歐洲遷徙知更鳥的ErCRY4 相比雞和鴿子等留鳥的CRY4 蛋白對磁明顯更敏感,并且ErCRY4 氨基端殘基的點突變顯示TrpD 可能是促使產(chǎn)物高產(chǎn)量和較長存在時間(大于毫秒級)的關(guān)鍵,而這一產(chǎn)物則是磁感信號產(chǎn)生所需的。盡管許靜靜和她的同事們提供的證據(jù)尚不能完全證明ErCRY4就是推斷中的生物體內(nèi)的磁感受器,但作者仍帶領(lǐng)我們向徹底解決這一長久以來的感官生物學(xué)謎題邁出了一大步。

        猜你喜歡
        花色素單線自由基
        中老鐵路單線長隧貫通 國內(nèi)玉磨段完成投資近九成
        云南畫報(2020年11期)2020-12-14 07:17:32
        單線重載鐵路雙接近區(qū)段設(shè)置方案探討
        自由基損傷與魚類普發(fā)性肝病
        自由基損傷與巴沙魚黃肉癥
        陸克定:掌控污染物壽命的自由基
        紫葉甘藍(lán)花色素苷提取影響因素的研究
        糖和植物生長調(diào)節(jié)劑對萬壽菊花色素苷合成的影響
        單線半自動車站接近區(qū)段電碼化探討
        單線單變對電網(wǎng)穩(wěn)定運行影響淺析
        檞皮苷及其苷元清除自由基作用的研究
        亚洲天堂av在线免费观看| 无码伊人久久大香线蕉| 国产精品va在线观看无码| 无码一区二区三区老色鬼| 99久久久国产精品免费蜜臀| 麻豆AⅤ精品无码一区二区| 一区欧美在线动漫| 极品美女销魂一区二区三| 日韩亚洲精选一区二区三区| 在线观看国产视频午夜| 日韩人妻无码精品一专区二区三区 | 欧美日韩电影一区| 国内自拍偷拍亚洲天堂| 极品美女尤物嫩模啪啪| 国产精品黄色在线观看| 久久亚洲中文字幕乱码| 亚洲va中文字幕无码一二三区| 精品区2区3区4区产品乱码9| 男男车车的车车网站w98免费| 亚洲日韩欧美国产高清αv| 亚洲国产精品国语在线| 日本av第一区第二区| 亚洲视频在线观看一区二区三区| 欧美另类人妖| 午夜成人理论无码电影在线播放| 亚洲中文字幕熟女五十| 今井夏帆在线中文字幕| 蜜桃传媒免费在线播放| 成人一区二区免费中文字幕视频 | 国产精品亚洲综合色区| 97无码人妻Va一区二区三区| 成人无码网www在线观看| 五月天亚洲av优女天堂| 亚洲最大中文字幕熟女| 国产午夜福利久久精品| 久久夜色精品国产噜噜av| 中文字幕天堂网| 亚洲第一女人天堂av| 91色区在线免费观看国产| 国产午夜福利片在线观看| 国产av综合影院|