鳥類地磁導航的生物物理機制及其神經基礎

《鳥類地磁導航的生物物理機制及其神經基礎》是依託山東科技大學，由劉小峰擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：鳥類地磁導航的生物物理機制及其神經基礎
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉小峰
• 依託單位：山東科技大學

項目摘要

行為實驗已證實家鴿等鳥類能感受到地磁信息並且在歸巢或遷徙中以地磁作為主要導航線索之一。然而，鳥類的磁感受機制至今仍不清楚。本項目將以家鴿為實驗動物，分別從磁信息檢測的初級過程、磁感受器官的位置及其與中樞神經系統的連線、負責磁信息加工的腦區三個層面研究鳥類磁感受與磁導航機制。（1）分別研究磁場強度變化、磁傾角變化、脈衝磁場對上喙部超順磁磁晶粒形態結構的影響，探索初級磁檢測器的生理基礎，建立各種磁場參數（磁場強度、傾角、振盪頻率等）的磁感受生物物理模型；（2）採用電生理技術結合免疫組織化學探測磁感受神經細胞、信號傳導通路與投射腦區；（3）製備集成微型遙測系統，分別在零磁空間和開放空間中對自由活動/飛行的家鴿進行行為學實驗驗證。本研究旨在揭示家鴿的磁羅盤和磁地圖的工作機理，對理解家鴿歸巢導航機制具有突出重要的意義，並可為地磁導航技術提供仿生學模型、為遙控家鴿飛行提供科學理論基礎。

結題摘要

本項目從磁信息檢測的初級過程、磁感受器官的位置及其與中樞神經系統的連線、負責磁信息加工的腦區三個層面，揭示鳥類磁感受與磁導航機制。負責人根據特定實驗需求，研製了能夠在室內和野外展開實驗研究的系列具有獨立智慧財產權的微型工具，獲得授權發明專利兩件，受理髮明專利兩件。正是藉助這些工具在完全開放的自然環境中的發現了重要而有趣的現象——視覺導航與磁導航的互動作用，這一現象成為下一步研究焦點。這些工具使得研究人員能夠在完全自然開放的環境中研究鳥類的導航機制，促進了本研究方向的發展。在國家自然科學基金委和俄羅斯基礎研究基金委的共同資助下，項目負責人與Nikita Chernetsov博士作為主席組織召開了第一屆中俄動物磁導航雙邊研討會，促進了人們對鳥類導航的認識與了解，推進了國際交流與合作，為跨學科研究提供了交流機會。與俄羅斯科學院動物所和莫斯科大學的學者交流了研究成果與研究方法，確定了合作實驗內容，並在2012年4月份應邀訪問俄羅斯科學進行聯合實驗，並進一步分析了鳥類導航中多線索整合與校正的問題，撰寫了綜述論文。在雙邊會議上，鳥類磁感受領域知名學者Henrik Mouritsen作了特邀報告，並與實驗室討論了磁導航的神經電活動記錄與特徵分析的合作研究內容，發表了神經活動分析方面的論文一篇。通過與國際同行深入合作，進一步改進了實驗工具的研製。撰寫了《動物行為學方法》（科學出版社）中“動物磁定向與導航的研究方法與技術”一章，為同行了解動物磁感受提供了參考方法。項目執行過程中，培養了研究生4名，課題組成員獲得國家自然科學基金青年基金一項。 鳥類磁羅盤和磁地圖的工作機理相當複雜，還需要生物學、信息科學、神經科學和物理學等領域學者共同努力深入交流，增加對鳥類歸巢導航機制的認識和理解，為發展地磁導航技術提供仿生學模型。