地球的磁场是一种相当稳定的指南针线索，被许多陆地和水生动物用于导航和定位，而越来越多的生物被认为能够感知磁场。其中，果蝇也在这个感知列表中。
2008年7月20日，马萨诸塞大学的Gegear等人用一个双臂管状T迷宫设备做了果蝇磁感实验，得出结论称果蝇的磁性感知是基于Cry（蓝光光敏色素）的。该论文以Cryptochrome mediates light-dependent magnetosensitivity in Drosophila为题，发表在Nature期刊上。
2014年7月14日，英国莱斯特大学的Fedele等人利用果蝇的逆地性爬升能力（负地性地壁逃生反应）来测试其磁性感知，在暗蓝光条件下，果蝇在没有静态磁场存在时的爬升倾向较高，但在有磁场存在时较差。无论有无磁场，当在没有蓝光或Cry缺陷突变果蝇进行测试时，爬升倾向都较差。这些结果支持了果蝇中基于Cry的磁性感知。该论文以An electromagnetic field disrupts negative geotaxis in Drosophila via a CRY-dependent pathway为题，发表在Nature Communications期刊上。
2023年8月9日，奥登堡大学大学的Henrik Mouritsen教授和牛津大学的P. J. Hore教授合作，复刻并改进了2008年Gegear等人和2014年Fedele等人的研究实验，发现无法找到果蝇在磁场作用下表现出磁敏感行为的证据，因此对果蝇的磁感知存在产生质疑。相关论文以No evidence for magnetic field effects on the behaviour of Drosophila为题，发表在Nature期刊上。共同第一作者是牛津大学的Marco Bassetto博士和奥尔登堡卡尔-冯-奥西茨基大学的Thomas Reichl博士。
同期隆德大学生物学系的Eric J. Warrant教授在Nature发表了题目为“Replication study casts doubt on magnetic sensing in flies”的评论，评论指出虽然这项研究提出了果蝇磁感知能力的质疑，但并没有最终否定果蝇是否具有这种能力。
【磁场迷宫实验】
研究人员首先在一个T形迷宫中测试果蝇，其中一个迷宫臂受到约500微特斯拉的磁场影响，而另一个迷宫臂没有磁场影响。之前的研究称，未经培训的果蝇会避开这个磁场，而经过培训的果蝇则更倾向于选择带有磁场的迷宫臂。然而，实验结果显示，无论是未经培训的果蝇还是经过培训的果蝇，在这个实验条件下都没有表现出对磁场的偏好或避免行为。在无法复制原始结果的情况下，研究人员寻求了其他实验条件，希望在T形迷宫中发现果蝇可能表现出自发的磁场偏好或经过磁场条件训练的响应。在48个月的时间内，他们测试了大约984组（总计97658只）果蝇，结果显示在T形迷宫实验中，无论是经过训练的还是未经训练的果蝇，均没有对磁场的偏好或避免行为。
【负地性地壁逃生实验】
在未能成功复制报道的T形迷宫结果后，研究人员转向了一种不需要条件化的自发性果蝇行为，其中也报道了磁场效应，即负地性地壁逃生反应（Negative Geotaxis Response，许多生物在受到外界刺激后，尤其是被击打或摇动后，会表现出向上爬升的行为）。在对负地性地壁逃生反应进行的研究中，Fedele等人测试了十只果蝇组成的团体，将它们放置在夹在双层线圈之间的塑料管内，分别处于“暴露”（大约500微特斯拉的应用磁场）或“虚假”（无应用磁场）条件下。在昏暗的蓝光下，发现磁场可以降低果蝇在被击落到管底后爬升的速率。为了复制Fedele等人的实验，研究人员测试了相同的果蝇品系（CS-LE），并使用了原始研究建造的设备。结果发现，在昏暗的蓝光下，无论是否施加了500微特斯拉的磁场，果蝇之间没有差异。使用300微特斯拉的磁场得到了类似的结果，当针对另一品系（CS-OX）重复测试时也得到了相同的结果。尽管没有检测到磁场效应，但他们能够复制Fedele等人的正对照观察结果，即暴露在红光下的果蝇比在蓝光下测试的果蝇（与磁场无关）爬升得更慢。
【“重力”负地性地壁逃生实验】
在直接复制尝试失败后，他们决定改进原始实验并在比原始实验中更具磁场控制的环境中进行测试。新的“重力”装置由三个透明塑料管组成，每个管内含有十只果蝇，夹在一个支架上，当垂直抬起并释放时，会导致果蝇被击打到管底。这个装置放置在一个双层包裹的三维Merritt四线圈系统（2×2×2 m³）33中，放置在一个电磁屏蔽实验室内。为了评估爬升行为，他们首先采用了原始标准9，并确定了在15秒内爬升到15厘米的果蝇百分比。他们发现，在所研究的任何磁场强度下，'爬升者'的百分比在受磁场暴露组和虚假暴露组之间没有显著差异。为了确保没有漏掉磁场效应，他们分析了果蝇随时间的平均位置，但同样没有找到负地性地壁逃生反应的磁场效应证据。
图4 装置示意图。位于屏蔽室外的台式计算机（1）控制电源供应（2）、切换盒（3）和双层线圈的三维Merritt四线圈系统（4）。含有果蝇的管子（5）放置在线圈的中心。温度、光线和磁场传感器（6）连续监测实验。这些传感器连接到一台笔记本电脑（7），也控制着视频摄像机（8）。果蝇通过一组LED灯（9）照明，可以是紫外-蓝光、蓝光或红光。第二组LED灯（10）产生红外光以进行拍摄。
【FlyVac负地性地壁实验】
最后，为了获得不会受到群体效应潜在干扰的稳健爬升数据，他们重新设计了负地性地壁逃生实验，以监测单只果蝇而不是十只果蝇，从而可以记录和分析每只个体果蝇的轨迹。受到Kain等人的FlyVac装置的启发，他们利用短暂的气压降低，将每只果蝇吸引到管底，然后拍摄其随后的上升过程。他们在紫外-蓝光（380-450 nm）、蓝光（410-490 nm）和红光（580-660 nm）下测试了单只果蝇，并将野生型果蝇与已知具有负地性地壁逃生缺陷的突变体pdf01进行了比较。如预期，Canton-S果蝇（CS-LE）在紫外-蓝光和蓝光下的爬升速度比在红光下要快，且在蓝光下比pdf01果蝇要快。尽管这些正对照实验的结果与原始研究类似，但在对1960只单独果蝇进行测试后，他们发现无论果蝇品系、波长还是磁场强度如何，都没有磁场效应。
【小结】
在经过六年时间对不同品系的总共108,609只果蝇进行了测试，条件得到了极其仔细的控制，在正对照实验中看到了明确的结果，并采用了稳健的统计分析之后，他们得出结论：
（1）果蝇对磁场没有天生的偏好，不能通过Gegear等人和Foley等人的方法进行训练，将蔗糖奖励与磁场关联起来；
（2）在使用Fedele等人的方法下，果蝇的负地性地壁逃生不受外部磁场的影响。
他们强烈建议继续将夜间迁徙的鸣禽作为阐明依赖于光的磁性感知机制的研究选择。评论文章也呼吁进行更多的复制研究以及全新的研究，以更严谨的方法来探究果蝇的磁感知能力，进一步了解这一问题。
转自：“高分子科学前沿”微信公众号
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