在幾十億年的進化過程中，地球上許多生物進化出利用微弱地磁場在海陸空不同空間、不同尺度上實現精確定向和導航的能力，其科學原理尚未明確。

一直以來，“遷徙動物如何利用磁場找到回家的路”被《科學》雜志列為125個尚未解決的重要前沿科學問題之一。

不過現在這一問題終于被中外團隊合作破解了，相關研究成果于6月23日以封面長文的形式發表在《自然》上。

中國科學院合肥物質科學研究院與英國牛津大學、德國奧登堡大學等實驗室組成的國際合作研究團隊，在動物磁感應和生物導航領域取得重要突破——破解遷徙鳥類利用地球磁場“導航”原理。

研究人員應用磁共振光譜學等手段，對幾種鳥類的磁感應關鍵蛋白Cry進行了深入研究，首次發現遷徙鳥類如歐洲知更鳥的Cry蛋白對磁場的敏感性顯著大于非遷徙鳥類，這種敏感性主要體現在”自由基對“中糾纏電子的自旋狀態的改變。

研究還揭示出Cry蛋白磁感應機制源于其內部電子行為：在藍光激發后，Cry蛋白中的輔基FAD發生還原反應，電子在Cry蛋白中TrpA、TrpB、TrpC、TrpD四個保守色氨酸 （tryptophan，Trp）之間進行跳躍，這種電子跳躍對磁場高度敏感。

量子化學實驗和理論計算首次發現，這一電子傳遞過程同時承擔了“磁感應”和“信號傳遞”兩種不同的功能，其中第四個色氨酸TrpD對信號傳遞十分重要。

該研究一定程度上揭示了遷徙鳥類對地磁場感知的量子生物學原理，為未來動物磁感應和生物導航研究指明了方向，也為仿生導航和生物磁控技術的發展提供了理論指導。