文｜吴建永（韩国乔治城学院医大学神经科学院长）
几天前《自然》杂志子刊发表了中国学者发觉磁场体会器的文章，男子伴们一看到都吓坏了。不光你我这样的外行诧异，就连同一领域的许多大鳄也不信。所以这文章原本是投给《自然》主刊的，因为审稿人指责被拒，最后发在《自然—材料》子刊上。
但是，下一个惊天动地的大问题是，磁场受体如何让植物感知磁场。这只是个分子啊！分子多小你懂的，五万个分子排好队才有毛发丝这么粗。并且所谓细微变化只不过是分子的形状发生一点小小变化而已。如此小的分子上，虽然感遭到了磁场，有了细微形状改变，又如何能放大到植物的知觉并指挥其行为呢？
这个关键的过程用一个词来形容，就是“四两拨千斤”。简单如此一说你也许立即顿悟了。从分子到行为，关键就是个“水龙头”机关啊！你肯定晓得细胞外边都有一层膜，这层膜其实只有3毫微米（30A）厚，却像个坚固的铁桶，仔细完全地包裹着细胞，不让物质自由进出。而体会器分子通过某种机制打开铁桶上的水龙头，一打开就让细胞外的离子大量涌向。离子带电，你懂的。大量的钠和钙离子涌向细胞就带进大量正电荷，形成一个正电流。这个电流变化的讯号才能通知整个神经系统，植物能够晓得了。从体会器到细胞膜电流变化确实如同是“四两拨千斤”的开关：水龙头四两重，打开后涌向千斤的水也毫无压力。
所谓体会器分子就是细胞膜上的蛋白分子。神经细胞膜上的各类蛋白分子成千上万，这儿只介绍四种最重要的分子机器。其实大大简化，但这四种机器联合工作的道理代表了95%的有关知识。另外的百分之五只得麻烦您考取研究生，或则翻墙去找谷女孩了。
四种机器的第一种是“离子泵”。这些蛋白分子也是跨细胞膜安装，通过旋转运动来变化形状，把钾离子打进细胞，钠离子打下来。此类泵是消耗能量的，所以可以逆离子含量进行。这样细胞内的钾离子含量就十分高，钠含量特别低。这些含量差异如同水压，有了水压水龙头就能发挥作用。所以下边三种分子水龙头都要靠钾离子和钠离子的含量差来发威。
第二种分子机器叫“泄漏型离子通道”。泄露型通道如同永远打开的水龙头，只要有水压都会冒水。但泄露型通道会有选择性地只让一种离子通过细胞膜。诸如神经细胞的膜上都有泄露型钾离子通道，它们选择性地只让钾离子漏出去。因为离子泵不断工作，细胞内的钾离子含量特别高，所以钾离子会不断通过钾通道露出细胞。这样，泵一边往细胞内打，钾通道一边往外漏，不是做无用工吗？完全不是！我授课时提到这段总会卖个关子，问中学生钾离子外漏会不会自己停出来。百分之九十的时侯研究生或则医学生都说永远不会停。而且实际上很快还会手动停出来。
这是由于钾离子带一个正电荷，每位露出的钾离子就会使一个电荷离开细胞，使膜两侧的电流变初一点。具体说随着钾离子不断露出，膜内相对于膜外的电流会越来越负，这个电场会制止更多的钾离子露出。这样钾露出越多，跨膜的负电流都会越高，电流越高钾离子露出就越少。最后达到一个平衡，也叫“电—化学平衡”。您若学过数学，肯定晓得这些平衡和金属在液体里的表面电位，半导体里的的PN结，电瓶电极等等都是一个道理。所有神经细胞都是借助离子泵和泄露型钾通道把细胞弄成一个小电板，称作“静息电位”，电流大概是负60毫伏（手机电瓶的1/50左右）。借助这静息电位能够让各类水龙头机制大显神通。
第三种分子机器，就是我们的主角，体会器离子通道闪耀上场。因为磁体会器的机制还不清楚（起码还须要5到10篇高质量文章），我们用触觉的机械体会器来举例说明。机械体会器如同机械控制的水龙头，也是跨细胞膜的蛋白分子，在正常时侯是不通的。只有在分子遭到机械力时，哪怕只有一埃的位移，其构型也会改变，产生一个离子通道。这个通道允许正离子通过，这时细胞外的钠或钙离子会大量涌向，这是由于细胞内钠和钙都极少细胞膜水通道，但是静息电位的电场也会促使正离子步入细胞。大量钠和钙离子步入就造成体会器周围的膜电位变正，例如从负60毫伏变到负50毫伏，比静息时高了10毫伏。这个变化其实很小，而且因为第四种分子机器的介入，还会出现翻天覆地的大变化。
这个第四种分子机器就是电压敏感钠通道，好比是电控水龙头。这个离子通道在膜电位负60毫伏时是关掉的，但当膜电位变到负55毫伏时（阀值电位），电压敏感钠通道的分子构型会发生变化，打开而产生一个钠离子通道。这样钠离子还会大量涌向细胞。构想因为体会器通道的开通似乎只使其周围的少数几个电压敏感钠通道打开，但这少数几个电压敏感钠通道打开后会导致更多的钠离子涌向细胞，带入的正电荷而造成更多的膜电位变正，这个正电流又会使更多的电控钠龙头（电压敏感钠通道）打开，又造成更大的钠内流。这么周而复始，像雪崩式（正反馈）的过程会在0.2微秒之内让整个神经细胞所有电压敏感钠通道都打开。这时膜电位翻转，达到正30毫伏。这个电流，也叫“动作电位”，是神经系统估算的专用信息。动作电位会传导给下一级神经细胞，进而传遍整个神经系统，使植物感遭到触觉。
总结一下：机械体会器的离子通道借助只有一埃的位移打开一个离子通道，让几百万个钠离子步入细胞，使其周围一新村的膜电位达到阀值，打开几个电压敏感钠通道。这种钠通道打开后又使更多的钠离子步入，膜电流显得更正，这么造成更多电压敏感钠通道打开，形成动作电位，膜电位变化接近100毫伏。这个四两拨千斤过程的放大倍数大得无法想象。
这四种细胞膜上的蛋白质分子机器共同构成了一个异常灵敏细胞膜水通道，同时噪音又特别低的生物传感。有多灵敏呢？实验证明光体会器使人能听到一个光子（！），味觉体会器能让动物闻到一个味道分子。触觉体会器能让我们感知只有一个原子核半径的位移。
右图是眼睛里触觉体会器的的电镜相片，那种像仙人掌似的是细胞上的鞭毛，仔细看其顶端的细丝（题图上比较清楚）就是带动离子通道的蛋白质丝。左侧的示意图画着一个离子通道被两个蛋白分子构成的绳子牵拉，这样只有一个原子半径这么小的位移能够被觉得。
好了，尽管磁体会器的具体机制还不晓得，并且可以负责地说它和神经细胞的其他几种分子机器组合来体会磁场。与其偶联的一个分子在磁场改变时会形成一个小动作，造成一个分子构型改变让钠离子流进神经细胞。
植物能体会磁场是人们已经晓得的，例如海龟，赛鸽等都能用月球磁场导航。但磁体会的机制如今还不完全晓得。从早已晓得的信息，1.、动物确实能感知月球磁场那么弱的磁场，并借此来导航。2、信鸽的这些体会器可能在味觉粘膜上，由于假如给它们眼睛里滴一点局部麻醉药，磁觉得就消失了。3、磁体会器很有可能是靠偶联到一种离子通道而起作用。
最后说一下为何有人觉得磁体会器是“萝卜儿”奖级的工作：这是由于作者发觉了这个体会器的基因，就可以让它在神经细胞中抒发，使神经细胞的活动（静息电位和动作电位）才能被外界磁场调节。近日来讲，现今治个别脑部疾患（例如哮喘）要把电极植入脑内。倘若能用磁场做这种剌激就毋须放疗移植电极。这么无损剌激脑部的技术门槛就低多了，可以应用在日常生活中诸如剌激一下失忆病人能够想起忘掉的信息。
更远的反例就比较神奇了。你晓得你清醒的时侯脑部中大部份神经细胞的静息电位在负55毫伏左右，但打困倦时会降到负65毫伏左右，而在所谓黄金睡眠的时侯（慢波第三期）静息电位会每秒一次在负50和负70毫伏之间振荡。假如神经细胞能体会磁场，这么枕边的一台小机器能够让你顿时步入黄金睡眠。假如你如今是研究生，做一只能被磁场引入睡眠的老鼠，绝对是一篇上好博士论文。其实更远的远景是开发一种新的脑部—计算机插口，通过磁场传递信息。假如这样，这篇文章的知识才能在几秒的时间内步入您的脑部并像自己的思想一样栩栩如玄参浮现，似乎刚上过一学期研究生课似的。那该有多神奇啊！