2026年5月28日，德國康斯坦茨大學(xué)，波恩大學(xué)和馬克斯·普朗克動(dòng)物行為研究所的Martin Wikelski和Christian Kurts教授團(tuán)隊(duì)，在國際頂刊Science發(fā)表了題為：Homing pigeon navigation relies on superparamagnetic macrophages under overcast conditions的研究論文。

鴿子為何能飛行數(shù)百公里仍順利歸巢，長久以來一直令人好奇。如今研究人員給出了一個(gè)出人意料的答案：這套導(dǎo)航系統(tǒng)并不存在于鴿子的大腦或眼部，而是位于肝臟之中。研究發(fā)現(xiàn)鴿子可利用肝臟內(nèi)富含鐵元素的巨噬細(xì)胞來感知地磁場，在陰天無法借助太陽定位時(shí)，一旦使用荷蘭Liposoma的氯膦酸鹽脂質(zhì)體清除鴿子肝臟內(nèi)的含鐵的巨噬細(xì)胞后，其方向感知能力會(huì)喪失，鴿子便無法正常歸巢導(dǎo)航。當(dāng)云層散去、太陽變得可見后，巨噬細(xì)胞被清除的鴿子能夠正常歸巢。

論文截圖

鳥類會(huì)運(yùn)用多種導(dǎo)航策略，在地標(biāo)等線索缺失時(shí)（如陰天、夜間），尤其依賴地磁場進(jìn)行定位。目前學(xué)界提出多種假說解釋其磁感知機(jī)制，包括喙部的磁鐵礦顆粒、眼部隱花色素、細(xì)胞離子通道變化以及前庭系統(tǒng)改變，但具體作用機(jī)理仍存爭議。

本研究結(jié)合物理表征、形態(tài)學(xué)、功能學(xué)及基因組學(xué)檢測(cè)，證實(shí)鴿子肝臟中存在超順磁性巨噬細(xì)胞。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，巨噬細(xì)胞被清除后，鴿子在陰天環(huán)境下喪失原有定向能力；而在有日光時(shí)，即便體內(nèi)巨噬細(xì)胞缺失，其定向功能也未受影響，說明日光是此時(shí)的主要導(dǎo)航線索。綜上研究者認(rèn)為，信鴿依靠肝臟內(nèi)的超順磁性巨噬細(xì)胞感知地磁方向，完成磁導(dǎo)航。

核心要點(diǎn)

•全新導(dǎo)航機(jī)制：研究發(fā)現(xiàn)鴿子可利用肝臟內(nèi)富含鐵元素的巨噬細(xì)胞感知地磁場，該過程依托量子效應(yīng)實(shí)現(xiàn)。

•導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)：在陰天無法借助太陽定位時(shí)，清除鴿子肝臟內(nèi)的含鐵巨噬細(xì)胞后，其方向感知能力會(huì)喪失。

•免疫系統(tǒng)參與感知：該研究揭示鳥類乃至其他動(dòng)物體內(nèi)，巨噬細(xì)胞功能與感知能力存在全新關(guān)聯(lián)。

對(duì)諸多動(dòng)物而言，辨識(shí)自身所處方位、并朝著目標(biāo)地保持正確行進(jìn)路線的能力，也就是導(dǎo)航能力，是賴以生存的技能。野外研究表明，當(dāng)視覺等其他感知系統(tǒng)受限（如陰天、夜間）時(shí)，多數(shù)物種會(huì)依靠地磁進(jìn)行定向。

鳥類一直是導(dǎo)航研究的理想動(dòng)物模型。例如，夜間遷徙或在陰天飛行的鳴禽，能夠依托日落時(shí)校準(zhǔn)的地磁方位，持續(xù)飛行數(shù)百公里且航向穩(wěn)定。信鴿可憑借視覺地標(biāo)、環(huán)境氣味判定位置，也可能借助地磁地圖定位。為維持既定航向，鳥類會(huì)選擇太陽羅盤或地磁羅盤，兩套系統(tǒng)可獨(dú)立發(fā)揮作用。

不同于其他具備明確感受器官的脊椎動(dòng)物感知系統(tǒng)，歷經(jīng)數(shù)十年深入研究，動(dòng)物磁感知的作用機(jī)制至今仍不明確，學(xué)界也始終存在諸多爭議。

目前學(xué)界主要提出三種假說，用以解釋動(dòng)物的磁感知機(jī)制。第一種為化學(xué)磁感知假說，該機(jī)制依托鳥類視覺系統(tǒng)中的隱花色素實(shí)現(xiàn)。該理論認(rèn)為，光線可誘發(fā)隱花色素發(fā)生自由基對(duì)反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的活化能足以生成地磁方向信號(hào)，讓鳥類仿佛能在視覺畫面中 “看到" 疊加的地磁場。但由于隱花色素的作用依賴光照，該機(jī)制無法解釋鳥類在黑暗環(huán)境下的導(dǎo)航行為。此外，隱花色素相關(guān)假說的實(shí)驗(yàn)結(jié)果難以重復(fù)，也缺乏充分證據(jù)證明動(dòng)物可在自然黑暗環(huán)境中長期依靠地磁導(dǎo)航。

埃姆倫漏斗（Emlen funnel）等行為學(xué)檢測(cè)手段，會(huì)通過觀察鳥類夜間躁動(dòng)、收集籠內(nèi)襯墊上的爪痕來研究其遷徙定向能力。這類裝置無法模擬自然環(huán)境，且不同實(shí)驗(yàn)人員開展的結(jié)果差異較大，進(jìn)一步增加了結(jié)果解讀的難度。

第二種假說認(rèn)為，鳥類上喙細(xì)胞內(nèi)的三價(jià)鐵離子或磁鐵礦顆粒可順著地磁場方向排列，并通過三叉神經(jīng)傳遞方位信息。第三種假說偏向理論推測(cè)，認(rèn)為地磁場變化可能影響離子通道活性或細(xì)胞膜動(dòng)態(tài)，但目前尚未找到發(fā)揮作用的細(xì)胞類型及相關(guān)神經(jīng)通路。

與此相關(guān)，近期有研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)信鴿施加人工磁場刺激后，其腦部前庭區(qū)與大腦皮層區(qū)域會(huì)出現(xiàn)神經(jīng)元活動(dòng)，提示這些腦區(qū)可能參與磁感知信息處理。該研究雖未闡明背后的分子機(jī)制，且其與活體導(dǎo)航行為的關(guān)聯(lián)性仍有待驗(yàn)證，但證實(shí)了非光照依賴型磁感知的存在，并鎖定了一批潛在的相關(guān)腦區(qū)。總體而言，上述所有假說均無法完整解釋磁感知原理，核心作用機(jī)制仍存在諸多空白。

該團(tuán)隊(duì)此前研究證實(shí)，小鼠與人類的脾臟紅髓巨噬細(xì)胞本身具備超順磁性。這類細(xì)胞負(fù)責(zé)分解受損、衰老的紅細(xì)胞，該過程會(huì)釋放血紅蛋白中的鐵元素；鐵隨后以鐵蛋白的形式儲(chǔ)存在巨噬細(xì)胞內(nèi)。鐵蛋白是一種蛋白復(fù)合物，可將鐵以無毒形態(tài)封存。這種動(dòng)態(tài)球形蛋白納米籠最多可結(jié)合 4500 個(gè)礦化鐵原子，既可以作為可溶性蛋白存在于細(xì)胞質(zhì)中，也可結(jié)合在溶酶體等囊泡結(jié)構(gòu)上。不過，這類細(xì)胞的磁性特征是否參與磁感知過程，目前尚不明確。

研究結(jié)果

一.鴿子肝臟組織具有超順磁性

為篩選鴿子體內(nèi)具備磁性的組織，該研究采用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)（VSM）對(duì)肝臟、脾臟、肌肉以及喙部內(nèi)外組織進(jìn)行磁性檢測(cè)。結(jié)果顯示，肝臟與脾臟在阻擋溫度（TB）12 開爾文（K）下出現(xiàn)磁阻擋效應(yīng)（圖 1A）；而肌肉及喙部內(nèi)外組織僅在溫度低于 50 K 時(shí)才表現(xiàn)出磁化強(qiáng)度上升（圖 1B）。

肌肉與喙部呈現(xiàn)的超順磁響應(yīng)，可能源于多種不成對(duì)電子疊加產(chǎn)生的朗之萬順磁性；而鴿子肝臟和脾臟中，該信號(hào)被強(qiáng)度高得多的亞鐵磁信號(hào)所覆蓋。

圖 1C 為肝臟組織的場相關(guān)磁化曲線。扣除強(qiáng)抗磁背景信號(hào)后，其飽和磁化強(qiáng)度（MS）在 2 K 至 30 K 區(qū)間顯著下降，溫度為 2 K 時(shí)，飽和磁化強(qiáng)度為0.024 A?m2/kg。順磁物質(zhì)（本研究中為三價(jià)鐵）無法產(chǎn)生該量級(jí)飽和磁化強(qiáng)度：依據(jù)布里淵函數(shù)，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B=9 T、溫度T=30 K時(shí)，順磁物質(zhì)的磁化響應(yīng)應(yīng)呈嚴(yán)格線性關(guān)系。

肝臟組織的矯頑場μ0HC在 2 K 時(shí)為 67 毫特斯拉（mT），溫度超過阻擋溫度后矯頑場降至零（圖 1C）。上述磁性變化規(guī)律，與馬脾臟高純度鐵蛋白納米顆粒（飽和磁化強(qiáng)度0.83 A?m2/kg）、以及經(jīng)磁性細(xì)胞分選（MACS）分離得到的小鼠脾臟巨噬細(xì)胞（飽和磁化強(qiáng)度0.067 A?m2/kg）所表現(xiàn)出的溫度、場依賴磁性特征高度吻合。

相較于鴿子肝臟組織，馬脾臟純化鐵蛋白的磁化強(qiáng)度高出 30 倍以上，小鼠脾臟分選巨噬細(xì)胞的磁化強(qiáng)度也接近其 3 倍。這一差異原因在于：組織切片中磁性鐵蛋白顆粒的濃度，遠(yuǎn)低于分選細(xì)胞或純化鐵蛋白樣品。

盡管鴿子肝臟的磁性信號(hào)強(qiáng)度不高，但仍高出磁強(qiáng)計(jì)本底噪聲 20~30 倍，證明其細(xì)胞內(nèi)富集了大量鐵元素與納米磁體；脾臟中的納米磁體富集量則明顯更低。

為驗(yàn)證該結(jié)論，研究采用普魯士藍(lán)染色特異性標(biāo)記鐵蛋白內(nèi)的三價(jià)鐵（Fe3+）。染色結(jié)果顯示，肝臟中存在大量含三價(jià)鐵的細(xì)胞，脾臟內(nèi)僅有少量此類細(xì)胞，而大腦、肌肉、眼部及喙部組織中均未檢出（圖 1D），該結(jié)果與振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)的檢測(cè)結(jié)論（圖 1A~C）一致。

圖1.鴿子肝臟組織具有超順磁性，且存在鐵陽性的 MHC II?巨噬細(xì)胞

二.鴿子肝臟內(nèi)存在可儲(chǔ)存三價(jià)鐵的 MHC Ⅱ 陽性巨噬細(xì)胞

肝門三聯(lián)體肝血竇中的鐵陽性細(xì)胞，從形態(tài)與分布特征來看，初步判斷為巨噬細(xì)胞。目前可用于鴿子細(xì)胞免疫組化鑒定的抗體十分有限，主要組織相容性復(fù)合體 Ⅱ 類分子（MHC Ⅱ） 是其中之一，該分子表達(dá)于抗原呈遞細(xì)胞，包括巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞與 B 淋巴細(xì)胞。

研究發(fā)現(xiàn)，鴿子肝臟中 MHC Ⅱ 陽性細(xì)胞的分布位置、細(xì)胞形態(tài)，均與普魯士藍(lán)染色陽性的鐵蓄積細(xì)胞一致（圖 1E）；聯(lián)合鐵染色與 MHC Ⅱ 染色后可見信號(hào)共定位，進(jìn)一步印證了上述結(jié)果（圖 1F）。

結(jié)合已有研究結(jié)論，利用這類細(xì)胞可結(jié)合磁性分選柱的特性，我們對(duì)其進(jìn)行分離，最終成功從分選柱中獲取到具有磁性的肝臟細(xì)胞（圖 1G）。同時(shí)，通過 熒光激活細(xì)胞分選（FACS）純化出 MHC Ⅱ 陽性細(xì)胞，并開展 3' 端 mRNA 測(cè)序分析（圖 1H）。

測(cè)序所得序列參照公開的原鴿參考基因組（Cliv_1.0，基因組編號(hào)：GCF_000337935.1）完成注釋，共鑒定出 7116 個(gè)蛋白編碼基因。將該細(xì)胞的基因表達(dá)譜，與cellxgene.cziscience數(shù)據(jù)庫中的哺乳動(dòng)物巨噬細(xì)胞特征基因進(jìn)行比對(duì)，結(jié)果顯示本研究數(shù)據(jù)集與 43 個(gè)巨噬細(xì)胞特征基因存在顯著交集（費(fèi)希爾精確檢驗(yàn)，校正P值 = 0.0321）；而樹突狀細(xì)胞、B 淋巴細(xì)胞的特征基因均無顯著交集（校正P值 = 0.2461）（圖 1I）。

由于巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和 B 淋巴細(xì)胞的基因集同時(shí)包含細(xì)胞特異性標(biāo)記基因與共有標(biāo)記基因，本研究設(shè)置兩組比對(duì)分析：一組僅采用細(xì)胞特異性標(biāo)記基因，另一組使用全部標(biāo)記基因。兩項(xiàng)結(jié)果均表明，分離得到的 MHC Ⅱ 陽性細(xì)胞中，巨噬細(xì)胞特征基因顯著富集，樹突狀細(xì)胞與 B 淋巴細(xì)胞特征基因則無富集現(xiàn)象。

此外，本研究檢測(cè)到多個(gè)鐵代謝相關(guān)基因呈高表達(dá)，例如Spi-c基因。該基因編碼一種轉(zhuǎn)錄因子，是哺乳動(dòng)物脾臟紅髓巨噬細(xì)胞發(fā)育的關(guān)鍵因子（圖 1J）。這一結(jié)果提示，分選得到的 MHC Ⅱ 陽性細(xì)胞參與紅細(xì)胞清除過程，并會(huì)富集三價(jià)鐵與鐵蛋白。

最后，將熒光標(biāo)記葡聚糖與該細(xì)胞共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)其吞噬葡聚糖的效率與陽性對(duì)照人單核 - 巨噬細(xì)胞系 THP-1 相近（圖 1K）。

綜上可證實(shí)：鴿子肝臟中存在一類可富集鐵元素的巨噬細(xì)胞，鐵的蓄積使這類細(xì)胞具備了超順磁性。

三.氯膦酸鹽脂質(zhì)體（CP-005-005）處理可在體內(nèi)清除超順磁性細(xì)胞

巨噬細(xì)胞的一大典型特征是：在吞噬氯膦酸鹽脂質(zhì)體后會(huì)發(fā)生凋亡，該方法也是目前應(yīng)用廣泛的體內(nèi)巨噬細(xì)胞清除技術(shù)[1]。經(jīng)靜脈注射氯膦酸鹽脂質(zhì)體后，肝臟與脾臟中的巨噬細(xì)胞可在 24 小時(shí)內(nèi)被清除，清除效果能維持 5 天；而清除腹腔及肺部巨噬細(xì)胞則需采用腹腔注射，且耗時(shí)約 3 天[2]。

為特異性靶向鴿子肝臟巨噬細(xì)胞，本研究在實(shí)驗(yàn)檢測(cè)前 24 小時(shí)對(duì)鴿子進(jìn)行靜脈注射氯膦酸鹽脂質(zhì)體。處理后，肝臟內(nèi)的含鐵細(xì)胞數(shù)量顯著減少（獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，P ≤ 0.001），進(jìn)一步證實(shí)這類細(xì)胞為巨噬細(xì)胞；殘存的鐵染色信號(hào)呈彌散分布，推測(cè)是肝細(xì)胞對(duì)游離鐵進(jìn)行攝取所致（圖 2A）。

與之對(duì)應(yīng)，經(jīng)氯膦酸鹽脂質(zhì)體處理的鴿子肝臟，無法通過磁性細(xì)胞分選得到磁性細(xì)胞（圖 2B）；肝臟組織中Spi-c基因表達(dá)水平下降（圖 2C），MHC Ⅱ 陽性細(xì)胞數(shù)量也明顯減少（圖 2D）。

已有研究表明，氯膦酸鹽脂質(zhì)體可能會(huì)影響中性粒細(xì)胞功能。禽類體內(nèi)的異嗜性粒細(xì)胞相當(dāng)于哺乳動(dòng)物的中性粒細(xì)胞，雖然這類細(xì)胞主要存在于循環(huán)系統(tǒng)中，并非典型的組織駐留免疫細(xì)胞，但本研究仍排除其作為含鐵陽性細(xì)胞的可能性。

染色結(jié)果顯示，肝臟組織中未發(fā)現(xiàn)異嗜性粒細(xì)胞，血涂片中雖可檢出該類細(xì)胞，但細(xì)胞內(nèi)并無鐵蓄積（圖 2E）。此外，從血液中分離的多形核白細(xì)胞（圖 2F）經(jīng)振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)檢測(cè)后，未出現(xiàn)磁阻擋效應(yīng)與磁滯現(xiàn)象：在零場附近磁化曲線呈嚴(yán)格線性（圖 2G），低溫下無磁阻擋特征（對(duì)比圖 1A），也未觀測(cè)到磁滯回線（對(duì)比圖 1C），證明異嗜性粒細(xì)胞不具備亞鐵磁特性。

綜上各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可確定：鴿子肝臟中富集三價(jià)鐵的細(xì)胞就是巨噬細(xì)胞。

圖2. 氯膦酸鹽脂質(zhì)體處理對(duì)肝臟巨噬細(xì)胞及外周異嗜性粒細(xì)胞的影響

四.含鐵巨噬細(xì)胞緊鄰肝臟神經(jīng)纖維分布

本研究進(jìn)一步探究巨噬細(xì)胞向大腦傳遞信號(hào)的方式，并提出假說：肝血竇的神經(jīng)支配可能介導(dǎo)這一信號(hào)通訊。哺乳動(dòng)物的肝神經(jīng)纖維穿行于肝血竇中，常包繞血管與膽管，在肝門三聯(lián)體區(qū)域分布尤為密集（圖 3A）。鑒于禽類與哺乳動(dòng)物肝臟結(jié)構(gòu)具有保守性，我們推測(cè)鴿子肝臟內(nèi)也存在同類神經(jīng)結(jié)構(gòu)。

采用馬松 - 戈德納(Masson-Goldner)染色后，可觀察到神經(jīng)束嵌于肝門三聯(lián)體中被染成綠色的膠原結(jié)締組織內(nèi)（圖 3B）。神經(jīng)束呈淺紅色、纖維紋理呈波浪狀，可見梭形施萬細(xì)胞核；與之形成對(duì)比的是，周邊肝細(xì)胞被染成深紅色、排列致密。

此外，研究者利用銀染法特異性標(biāo)記神經(jīng)纖維。以鴿子腦組織神經(jīng)元作為陽性對(duì)照，成功在肝臟組織中檢出外周神經(jīng)纖維（圖 3C）。對(duì)連續(xù)組織切片進(jìn)行普魯士藍(lán)染色后發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域同時(shí)存在含鐵巨噬細(xì)胞；而經(jīng)氯膦酸鹽脂質(zhì)體處理后，這種細(xì)胞與神經(jīng)纖維的毗鄰分布關(guān)系不復(fù)存在。

為進(jìn)一步觀察巨噬細(xì)胞與神經(jīng)的相互作用，研究者開展了透射電鏡檢測(cè)。鏡下可見無髓軸突束，軸突內(nèi)含有神經(jīng)絲（橫切面呈細(xì)小點(diǎn)狀、縱切面為細(xì)長絲狀，見附圖S1A），同時(shí)還觀察到大型線粒體與神經(jīng)遞質(zhì)囊泡，符合自主神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)束的形態(tài)特征。

巨噬細(xì)胞則依據(jù)形態(tài)判定：細(xì)胞核形態(tài)不規(guī)則、染色不均，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)富含線粒體、溶酶體以及各類胞內(nèi)囊泡和空泡（圖 S1B）。觀察發(fā)現(xiàn)，巨噬細(xì)胞常分布在神經(jīng)纖維周邊（間距≤2 微米），具備旁分泌信號(hào)傳遞或直接細(xì)胞接觸的結(jié)構(gòu)條件。

附圖S1.鴿子肝臟的電子顯微鏡觀察。

對(duì)應(yīng)圖3D，對(duì)照組與氯膦酸鹽脂質(zhì)體處理組肝臟組織的偽彩色電鏡圖像。黃色：神經(jīng)束；亮綠色：結(jié)締組織；藍(lán)色：巨噬細(xì)胞；深紅色：內(nèi)皮細(xì)胞；橙色：含血脂與蛋白的毛細(xì)血管；棕色：肝細(xì)胞；米黃色：細(xì)胞核；深綠色：成纖維細(xì)胞；青綠色：肝星狀細(xì)胞（伊托細(xì)胞）；紫色：其他細(xì)胞局部切面。比例尺 = 2 微米 (μm)。

各類細(xì)胞判定標(biāo)準(zhǔn)如下：肝細(xì)胞：細(xì)胞核大而圓潤，常為雙核，胞質(zhì)內(nèi)可見糖原顆粒。肝星狀細(xì)胞（伊托細(xì)胞）：胞質(zhì)內(nèi)含大量脂滴。內(nèi)皮細(xì)胞：形態(tài)扁平纖細(xì)，細(xì)胞核常向血管管腔凸起，胞膜可見胞膜小窩。成纖維細(xì)胞：呈梭形，具有細(xì)長突起；粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)發(fā)達(dá)，周邊基質(zhì)中可見膠原纖維。

經(jīng)氯膦酸鹽脂質(zhì)體處理后，殘存的少量巨噬細(xì)胞呈現(xiàn)凋亡樣形態(tài)：胞內(nèi)出現(xiàn)大量有膜包裹的吞噬溶酶體空泡、線粒體形態(tài)異常、細(xì)胞核固縮，而神經(jīng)結(jié)構(gòu)并未受損（圖 3D、圖 S1D）。

綜上，顯微成像結(jié)果證實(shí)巨噬細(xì)胞與神經(jīng)纖維在空間上緊密相鄰，提示二者存在潛在的相互作用。

圖3.鴿子肝臟中的含鐵巨噬細(xì)胞與神經(jīng)纖維

五.鴿子體內(nèi)巨噬細(xì)胞暫時(shí)性耗竭會(huì)損害其歸巢定向與導(dǎo)航能力

在全天陰天、無法借助太陽與偏振光線索、且視覺地標(biāo)被遮擋時(shí)，信鴿會(huì)依靠磁感知進(jìn)行歸巢。為探究超順磁性巨噬細(xì)胞是否參與鴿子導(dǎo)航，本研究對(duì)活體鴿子開展氯膦酸鹽脂質(zhì)體巨噬細(xì)胞清除實(shí)驗(yàn)。

研究共選用 34 只鴿子，逐只訓(xùn)練其沿19 千米的西 — 東路線歸巢。完成 10 次成功試飛后，結(jié)合天氣預(yù)報(bào)，在預(yù)判次日全天陰天時(shí)，將鴿子隨機(jī)分為兩組：靜脈注射氯膦酸鹽脂質(zhì)體組（18 只）與對(duì)照脂質(zhì)體組（16 只）（圖 4A）。給藥 24~28 小時(shí)后，于全天陰天環(huán)境下逐一放飛鴿子，并借助物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí) GPS 設(shè)備追蹤飛行軌跡（圖 4B）。

所有對(duì)照組鴿子均在 70 分鐘內(nèi)順利歸巢；而持續(xù)陰天環(huán)境下，經(jīng)氯膦酸鹽脂質(zhì)體處理、巨噬細(xì)胞被清除的鴿子當(dāng)日無一歸巢，飛行方向雜亂無章（圖 4C~E）。值得注意的是，待云層散去、太陽出現(xiàn)后，這類鴿子便可恢復(fù)正常歸巢，說明其飛行能力、歸巢意愿及整體健康狀況均未受損。

后續(xù)對(duì)原先的對(duì)照組鴿子補(bǔ)注氯膦酸鹽脂質(zhì)體，在晴朗天氣（可利用太陽方位進(jìn)行定向）下放飛，它們依舊能夠高效歸巢，飛行軌跡效率與以往表現(xiàn)基本一致（圖 4F）。

綜上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：鴿子存在獨(dú)立于視覺通路（隱花色素介導(dǎo)）的地磁感知體系；在缺少日光與地標(biāo)線索的環(huán)境中，肝臟巨噬細(xì)胞是鴿子辨識(shí)地磁方向、完成磁導(dǎo)航的必要條件。

圖4. 氯膦酸鹽處理對(duì)鴿子導(dǎo)航能力的影響

迄今為止，學(xué)界針對(duì)鴿子的磁感知機(jī)制主要提出三大理論。本研究結(jié)果揭示了第四種作用機(jī)制：鴿子肝臟中大量存在的超順磁性巨噬細(xì)胞具備集體感知能力，可辨識(shí)地磁方向。結(jié)合已報(bào)道的巨噬細(xì)胞與神經(jīng)元通訊通路，我們推測(cè)：肝臟巨噬細(xì)胞感知地磁場變化后，會(huì)通過迷走傳入神經(jīng)將信號(hào)傳遞至大腦。

我們認(rèn)為，磁感知的實(shí)現(xiàn)依賴細(xì)胞群體產(chǎn)生的綜合信號(hào)，而非單個(gè)細(xì)胞的感應(yīng)，只有群體信號(hào)達(dá)到閾值才能激活神經(jīng)元。肝臟巨噬細(xì)胞適配這一功能：這類細(xì)胞在清除紅細(xì)胞的過程中會(huì)富集三價(jià)鐵，且與自主神經(jīng)緊密相連。迷走神經(jīng)、交感神經(jīng)等自主神經(jīng)可在外周器官與大腦之間實(shí)現(xiàn)快速的雙向信號(hào)傳遞，是傳遞肝臟磁感知信號(hào)的理想通路。

在細(xì)胞層面，我們提出假說：鐵蛋白結(jié)合的不成對(duì)電子通過磁偶極 - 偶極耦合發(fā)生相互作用，提升整體磁化率，使細(xì)胞沿地磁偏角方向整齊排列。該過程在功能上類似于趨磁細(xì)菌體內(nèi)的磁小體—— 磁小體可驅(qū)使細(xì)菌順著地磁場方向移動(dòng)。

鴿子起飛后常出現(xiàn)盤旋行為，這一特征或許能讓鐵蛋白顆粒中的電子統(tǒng)一完成地磁信息 “標(biāo)定"，為后續(xù)定向飛行做準(zhǔn)備。磁場定向作用可能會(huì)改變肝臟巨噬細(xì)胞的胞內(nèi)結(jié)構(gòu)或細(xì)胞極性，這與已知的巨噬細(xì)胞對(duì)機(jī)械刺激的響應(yīng)特征相符。

巨噬細(xì)胞形成協(xié)同作用的功能集群后，可通過空間總和效應(yīng)將磁信號(hào)傳遞至鄰近的傳入神經(jīng)，主要存在兩種方式：一是直接機(jī)械耦合，原理類似于壓力感受器信號(hào)傳導(dǎo)，也與其他脊椎動(dòng)物的外周巨噬細(xì)胞 — 感覺神經(jīng)氧化還原交互機(jī)制相近；二是旁分泌釋放可溶性信號(hào)分子，這也是已被證實(shí)的巨噬細(xì)胞 - 神經(jīng)經(jīng)典通訊方式。最終，大腦會(huì)將磁感知信號(hào)與其他感官信息整合，完成空間方位判定，近期研究提示該過程主要在大腦皮層區(qū)域完成。

本模型的一大優(yōu)勢(shì)在于，它同樣能夠解釋部分動(dòng)物的磁感知現(xiàn)象：這類動(dòng)物要么功能性隱花色素缺失，要么長期活動(dòng)在弱光甚至無光環(huán)境中，例如蝙蝠、盲鼴形鼠。此外，鯊魚等板鰓魚類也可感知地磁場變化。虎鯊、藍(lán)鯊能夠長距離直線巡游，路氏雙髻鯊甚至?xí)卮女惓５暮５缀Ｉ椒较蚨ㄏ蛴蝿?dòng)。

除磁感知領(lǐng)域外，本研究也佐證了一個(gè)新興學(xué)術(shù)觀點(diǎn)：組織駐留巨噬細(xì)胞可作為外周感覺細(xì)胞，向大腦傳遞具有生物學(xué)意義的即時(shí)信號(hào)。

該研究First提供了確鑿證據(jù)，證明生物體內(nèi)能夠感知地磁場，并將信號(hào)傳遞至大腦以引導(dǎo)行動(dòng)。這項(xiàng)研究整合了鐵代謝、免疫系統(tǒng)與神經(jīng)系統(tǒng)通訊等已知生物學(xué)過程，為動(dòng)物導(dǎo)航這一基礎(chǔ)性難題給出了明確解答。

目前仍存在諸多待解問題，尤其是大腦如何處理這類細(xì)胞傳出的信號(hào)。除鳥類外，該成果也可為鯊魚等無需借助光線就能導(dǎo)航的動(dòng)物提供研究思路。其他動(dòng)物乃至人類，或許也以尚未探明的方式對(duì)地磁場產(chǎn)生反應(yīng)。

荷蘭Liposoma是巨噬細(xì)胞清除劑Clodronate Liposomes氯膦酸鹽脂質(zhì)體的發(fā)明人。作為金標(biāo)準(zhǔn)的體內(nèi)單核巨噬細(xì)胞清除試劑，其憑借穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)、高效的清除能力及良好的生物相容性，已成為全球單核巨噬細(xì)胞清除的不二藥物。產(chǎn)品被引頻頻見刊Cell，Nature和Science，助力突破發(fā)現(xiàn)，拓展科學(xué)邊界。

本Science論文，研究人員就使用了荷蘭Liposoma的巨噬細(xì)胞清除劑氯膦酸鹽脂質(zhì)體Clodronate Liposomes，貨號(hào)CP-005-005。通過提前24h靜脈注射氯膦酸鹽脂質(zhì)體，可以有效清除鴿子肝臟巨噬細(xì)胞[3]。具體操作：使用30-26號(hào)針頭和注射器，通過翼靜脈（尺靜脈）接受0.5 mL對(duì)照脂質(zhì)體或氯膦酸鹽脂質(zhì)體的靜脈注射。為確保靜脈給藥的安全性，注射在全身麻醉下進(jìn)行。根據(jù)每只信鴿的個(gè)體需求，通過頭罩給予異氟烷和氧氣的吸入麻醉：誘導(dǎo)麻醉采用5 vol%的異氟烷，維持麻醉采用1-2.5 vol%的異氟烷。將信鴿從鳥舍裝入指定的運(yùn)輸籃中帶至實(shí)驗(yàn)室，每只信鴿的注射操作約在兩分鐘內(nèi)完成，之后立即將其送回鳥舍。氯膦酸鹽脂質(zhì)體的給藥不會(huì)引起不良反應(yīng)或行為改變。盡管如此，注射后仍進(jìn)行了監(jiān)測(cè)以確保信鴿的健康狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)：

1.van Rooijen, N., Hendrikx, E. (2010). Liposomes for Specific Depletion of Macrophages from Organs and Tissues. In: Weissig, V. (eds) Liposomes. Methods in Molecular Biology, vol 605. Humana Press. doi.org/10.1007/978-1-60327-360-2_13

2.Van Rooijen N, Sanders A. Liposome mediated depletion of macrophages: mechanism of action, preparation of liposomes and applications. J Immunol Methods. 1994 Sep 14;174(1-2):83-93. doi: 10.1016/0022-1759(94)90012-4. PMID: 8083541

3.Clivia Lisowski et al.,Homing pigeon navigation relies on superparamagnetic macrophages under overcast conditions.Science392,985-991(2026).DOI:10.1126/science.ady2486