文档介绍：Chinese Journal of Nature Vol. 35 No. 3 PROGRESS
doi:.0253-
地磁场与生物的磁感应现象
朱晓璐①王江云②
①硕士研究生,②研究员,中国科学院生物物理研究所, 北京 100101
关键词地磁场;候鸟;磁导航;基于磁铁矿的磁感受;化学磁感受;亚磁场
摘要两千多年前,人类发明了指南针用于辨别方向;而如今科学家们发现,很多动物也能利用体内的生物指南针
感应磁场。笔者从磁场的产生入手,详细介绍了地磁场的性质和生物磁感应现象的产生。候鸟是最早被注意到能利
用磁场导航,且目前已获得最多磁生物学研究结果的一类高等生物。大量的行为学实验证明,候鸟在长距离迁徙的
过程中主要靠对地磁场的感应来确定方向,它们的大脑能记录下每一个特殊地点的磁特征,并据此找出到达各个目
的地的飞行路线。不仅如此,部分鸟类的磁导航还有一定程度的蓝光依赖性、会受到异常磁场的干扰,这种现象可
以用生物磁受体的磁铁矿的感应假说和化学感受假说来解释。很多生物,包括人类也都有与候鸟类似的磁受体,有
些动物能用它们感受磁场并以此作为视觉和听觉的辅助,而其他生物的磁感应能力也许已经在进化的某个阶段被别
的功能替代或是直接消失了。目前人们对于生物磁现象的研究才刚刚起步,还有很多未知的谜团等待我们去揭开,
希望在不久的将来能看到更多令人惊讶的实验结果。
地磁场保护地球和大气层免受宇宙辐射的性质,常用磁感应强度矢量 B 来表示。很多物质
侵袭,同时也对地球表面的各种生命活动产生了都能产生磁场,例如常见的磁石、磁铁、通电导
潜移默化的影响。人类在指南针发明之前似乎完线等。靠近的磁性物质能通过各自产生的磁场给
全没有意识到地磁场的存在,而以候鸟为代表的另一方施加磁力,从而引发物体间的位置移动、
众多生物,却都拥有感应磁场的神奇本能,它们形变等物理反应。
与生俱来地懂得利用磁场力来定向。与人使用的众所周知,构成世间万物的基本单位——原
机械指南针不同,藏在生物体内的磁导航设备不子由原子核和核外自旋同时绕核旋转运动的电
仅能发现南北方向,还能测出当前位置的磁场强子组成。每一个运动的电子都会产生磁矩,就好
度和磁倾角,并可用来粗略估计它与磁极之间的像有很多很小的磁铁存在于各个原子核之间。但
距离。如此先进的生物指南针是如何发挥作用是电子在核外电子轨道中的分布具有规律性,大
的?几十年来,科学家们围绕这一问题进行了坚多数原子核外向上和向下自旋的电子数目相同,
持不懈的探索,现有的成果已将生物磁感应现象产生的磁矩全部抵消,使得该原子整体不带有磁
的神秘面纱揭开了一角。首先让我们从磁场的性性,所构成的物质对外就表现为抗磁性。少部分
质开始逐节分析这种新感觉的奇妙之处。顺磁性物质,如过渡元素、铝、铂等原子的核外
电子分布没有占满轨道,原子核外自旋方向不同
1 什么是磁场的电子产生的磁矩不能相互抵消,但在一般条件
磁场是一种由运动的电荷和电场发生变化下,物体内部原子之间趋向混乱的热运动使得每
而产生的特殊物质,能以机械力的方式作用于一个原子所带的磁矩指向不同的方向,整个物体也
定范围内的磁体或运动电荷。磁场在其作用的空不能表现出明显的磁