《以眼殺人》中，可憐的羊被活活瞪死了……
當然，本文可絕對沒有電影中超能力描寫得那麽扯，而是很嚴肅的科學實驗。我們都知道鳥類、魚依靠磁感應做出遷徙行為，為何我們人類貌似已經喪失了這種感應能力了呢？
文/Eric Hand
譯/喬琦
校對/斬光
原文/www.sciencemag.org/news/2016/06/maverick-scientist-thinks-he-has-discovered-magnetic-sixth-sense-humans
本文基於創作共同協議（BY-NC），由喬琦在利維坦發布
德國和捷克科學家在研究紅狐捕獵行為時發現，紅狐的地磁感應可以輔助其成功捕到獵物（身體傾向於大致朝向東北方向來捕獵）。圖源：phys.org
鳥類能感應到磁場，蜜蜂也能感應到磁場，那麽，這個身穿連帽衫、站在此處的人類被試能夠感應到磁場嗎？喬·科什維克（Joe Kirschvink）立誌要查明真相。在過去的幾十年裏，他已經證明了，動物王國裏的那些小動物如何利用磁感應能力（或者說對地磁場的感應）導航。如今，這位身處帕薩迪納市加州理工大學的地球物理學家正在對人類展開相關測試，以期查明究竟人類是否也有這種潛在的第六感。科什維克本人確信我們有這種能力，但他必須用實驗證據說話。
他拿出了自己的蘋果手機，在來自東京大學的神經工程研究生鬆井貴佑（Keisuke Matsuda）麵前晃了晃——10月的這一天，他就是科什維克的小白鼠。手機裏有一個磁強計App，可以探測到鬆井身上的磁性粉塵——以及其他任何隱匿的會影響到實驗準確性的磁性物質。“我要確保沒人作弊，”科什維克打趣地說。
他們的實驗室位於學校的地下二層，是一間擁有磁屏蔽牆的無塵室。角落裏，一台液氦泵正在運轉，發出輕微的嘶嘶聲，冷卻一些科什維克用來探測各類微小磁場（從鳥嘴上的到火星隕石裏的）的超導裝置。實驗台上躺著幾把刀——均為陶瓷製並且浸泡在酸液中，目的是為了消除磁汙染。為了尋找人體中的磁性粒子，科什維克用這幾把刀將人類大腦切片。鬆井看上去有些緊張，但他倒是不會成為科什維克的“刀下亡魂”。一名技術員用注射器穿透鬆井頭上那插滿電極的實驗帽，將一些電解質凝膠注射到他的頭皮上。按照實驗計劃，鬆井的大腦將暴露在電線圈陣列產生的特定磁場之下，與此同時，一台腦電圖機器將會記錄下他的腦電波。
不列顛哥倫比亞省弗雷澤河的紅鮭魚同樣會依靠磁感應來決定它們的洄遊。圖源：Current Biology
在20世紀的大多數時間裏，磁感應能力的研究似乎就和占卜術、心靈感應的研究一樣，令人敬而遠之。不過，時至今日，大家都已接受了這個事實：許多動物都能隨心所欲地感應到在我們看來十分微弱的地磁場。在這份能夠利用地磁場的動物榜單中，鳥類、魚類以及其他有遷徙行為的動物占了絕大多數。在它們的環球旅行途中，身體裏內置一個靠譜的指南針，確實意義重大。
來自德國和捷克的12名科學家在兩年內觀察了37隻犬種，在匯總了在1893次排便和5582次排尿後發現，狗在大小便時，會依靠磁場讓自己保持朝南或朝北的姿態。圖源：Amina Khan/Los Angeles Times
近年來，研究者還發現，一些不需要大規模遷徙的動物也有這種感知磁場的能力，比如，龍蝦、蠕蟲、蝸牛、青蛙、蠑螈等。而哺乳動物似乎同樣對地磁場有反應：實驗表明，林鼠和鼴鼠會利用地磁磁力線安家；牛和鹿在吃草時也會沿磁力線調整自己的身體；狗在大小便時，會依靠磁場讓自己保持朝南或朝北的姿態。
（jeb.biologists.org/content/219/12/1827）
磁場大師
地磁場的成因在於地球的液態外核，它與偏軸條形磁鐵產生的磁場類似。地磁場其實很微弱，強度大約是25微特斯拉（赤道附近）到60微特斯拉（兩極附近）——磁共振成像（fMRI）時的磁場強度是其10萬倍以上。某些動物，比如鳥類，主要靠感知地磁磁力線及其傾角來導航。還有一些動物，比如海龜，則能全方位地感知地磁場。它們似乎還能感應到地殼上的磁性岩石對地磁強度的細微改變。圖源：G. GRUILLON/SCIENCE
有關磁感應能力的科學證據越來越多了，它們中的大部分都與動物行為有關。例如，這些證據有許多都源於對動物行動模式的考察。還有很多有關磁感應能力的科學證據，則基於那些證明了磁場的擾亂和改變能夠影響動物習性的測試。科學家們知道動物可以感知地磁場，但他們還沒能深入了解到細胞層麵和神經層麵。
“這項研究的前沿在生物學領域——大腦究竟是怎麽利用有關磁場的這些信息的？”得克薩斯州休斯頓市貝勒醫學院神經生物學教授，大衛·迪克曼（David Dickman）說道。2012年，他在《科學》（Science）期刊上發表了一篇論文。該論文證明了，鴿子內耳中的某些特定神經元確實與感知磁場有關，它們會對磁場的方向、極性以及強度產生回應。
（science.sciencemag.org/content/336/6084/1054）
圖源：Tumblr
要想找到那些能夠激活此類神經元的磁感應受體無異於大海撈針。每時每刻，磁場都在以不可見的方式，橫掃你的整個身軀，根本沒有明顯的感應器官留待你去細細研究。“負責感應磁場的接收器可能位於身體的任何部位，比如你的左腳腳趾，”科什維克說。
目前，科學家們已經就這個問題形成了兩種截然相反的觀點。一種觀點認為，磁場會觸發名為隱花色素（cryptochrome）的蛋白質的量子化學反應。隱花色素是存在於視網膜中的一種蛋白質，但目前我們還不清楚，它是如何控製神經回路的。另一種觀點則認為，動物磁受體細胞之中存在著許多微小磁針，而這些受體細胞要麽位於動物鼻子後麵的三叉神經附近，要麽位於動物內耳中。持這種觀點的科學家認為，這些小磁針由稱作“磁鐵石”的強磁性鐵礦物質構成，能夠以某種方式開關神經通路。科什維克支持第二種觀點。
（www.sciencemag.org/news/2016/06/what-and-where-are-body-s-magnetometers）
人類身上也發現了相同的候選磁感應受體，所以，是否我們也有感知磁場的能力？“也許，我們是在走向文明的過程中逐漸喪失了這種能力，”德國奧爾登堡大學生物物理學家邁克爾·溫克霍費爾（Michael Winklhofer）說。要麽就像科什維克想的那樣，我們身上的這些磁感應器官可能退化了，就好比鴕鳥的翅膀。
科什維克是測量岩石剩餘磁場的專家。通過這項工作可以確定，百萬年甚至數十億年前，岩石形成時所處的地理緯度，以及其自古至今的地質漂移路線。科什維克在經年累月的工作中形成了一些宏大而又富有影響力的想法。1992年，他整理了6億5千萬年前冰川幾乎覆蓋整個地球的相關證據，並且還提出，後來“雪球地球”（科什維克自己發明的一個詞，用以說明當時的地球幾乎全部是雪與冰）上的冰川逐漸融化，為5億4千萬年前的寒武紀生命大爆發提供了條件。
1997年，他又對與寒武紀生命大爆發同一時期的大陸板塊漂移速度過快這一問題作出了十分大膽且令人眼前一亮的解釋：他認為，當時，地球的地轉軸偏轉了整整90度。這場突如其來的地質學大事件使全球氣候發生了劇變，而氣候劇變也同樣是寒武紀生命大爆發的一大重要推手。此外，在20世紀90年代及21世紀頭十年裏，有一群科學家認為，火星隕石“艾倫丘陵84001”（Allan Hills 84001）上攜帶的磁晶體，正是這個紅色星球上曾經存在生命的化石證據。而科什維克正是這群科學家中的佼佼者。盡管“艾倫丘陵84001”隕石的重要性尚存爭議，但磁性化石可能是生命存在的標誌這一想法，如今已成為全球研究中的一個活躍領域。
火星隕石“艾倫丘陵84001”。圖源：wikipedia
“他樂於提出激進的學說，對可能存在的巨大風險毫無畏懼，”北卡羅來納大學教堂山分校研究龍蝦以及海龜的磁感應能力的神經生物學家肯尼斯·羅曼（Kenneth Lohmann）說，“他說對了很多事，但也同樣說錯了很多事。”
“這是我們人類地球生命進化曆史的一部分。感應磁場的能力也許就是我們與生俱來的第六感。”
——喬·科什維克，帕薩迪納加州理工學院地球物理學家
為了尋找能夠支持他這個假說的證據，科什維克在世界各地搜羅岩石：南非、中國、摩洛哥、澳大利亞等。不過，能夠讓他始終保持熱情的，還是在他那間地下二層無窗的實驗室內尋找動物以及人類身上的磁感應物質。科什維克對這項研究的熱情究竟有多高，看看他長子的名字就知道了。他的長子生於1984年，當時科什維克和妻子——日本結構生物學家小林明子（Atsuko Kobayashi）——發表了一篇在黃鰭金槍魚鼻竇組織中發現磁性物質的論文。在科什維克建議下，他們給長子取名Jiseki，意為磁石、磁鐵。
現年62歲的科什維克從沒有將地質學與生物學割裂看待。他記得，那是1972年的一天，他還是個加州理工的本科生，當時他就意識到這兩者是緊密交織、密不可分的。那天，教授手上拿著一片石鱉（一種軟體動物）的舌形板，然後用一塊條形磁鐵吸著它前進。石鱉的牙齒上都覆蓋著小磁石。“當時，我驚呆了，”科什維克回憶道，那塊舌形板現在就在他桌上，保存得好好的，“一般來說，地質學家通常在火成岩中尋找和發現磁石。在動物身上找到這種物質，在生物化學這個領域內可以說是非比尋常。”
多年來，科學家們始終認為，石鱉之所以進化出了在身體內合成磁石的能力，僅僅是因為這些堅硬的礦物質能夠讓它們的牙齒更健康、更強大。不過，1975年，在馬薩諸塞州伍茲霍爾海洋研究所工作的理查德·布萊克莫爾（Richard Blakemore）提出，在某些細菌體內，磁石就是磁感受器。
（www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/170679）
圖源：Bill Guerin Ceramics
在研究科德角沼澤泥細菌的過程中，布萊克莫爾發現，當他在玻璃載片附近移動磁鐵時，這些細菌會朝著磁鐵衝過來。湊近些觀察，他還發現，這些微生物體內攜帶著磁晶體鎖鏈，後者迫使細胞沿著地磁場磁感線排列（在馬塞諸塞州，地磁磁感線以70°的角度指向地麵，朝向北極）。許多細菌都會利用一種名為“跌跑”（tumble and run）的運動方式，在氧氣與營養物質之間無規律地尋找一種平衡狀態。但是，布萊克莫爾研究的細菌就像漂浮的小磁針一樣，知曉自己究竟是在泥土中向上運動還是向下運動。它們可以更有效率地在這種環境下移動，並且一旦泥土受到了擾動，它們就會迅速下潛，往深處走。
到目前為止，這種細菌身上的磁場感受體，仍舊是科學家能夠準確定位和研究的唯一案例。對科什維克來說，它們的存在表明，生物對磁場的感應古已有之，其誕生之日甚至可能早於地球上第一批真核生物出現的時間。科學家認為，近20億年前，宿主細胞捕獲了獨立存在的細菌，後者進而形成了為整個細胞供能的線粒體，這才有了真核生物。“我覺得，原初線粒體其實就是磁性細菌，”科什維克如是說。如果他所言不虛，那就意味著所有的真核生物都有感應磁場的潛能。
讀完布萊克莫爾相關工作的文獻後，科什維克很好奇，南半球的磁性細菌會朝哪個方向移動呢？會像馬塞諸塞州那些微生物一樣朝北嗎？還是會朝向它們自己所接近的那一極，也就是朝南？又或者是朝向別的方向？為了尋找與布萊克莫爾研究對象對應的南半球微生物，科什維克特地飛往澳大利亞。在堪培拉附近的一處汙水處理池內，有許多合適的研究對象。“我隻帶了磁鐵和放大鏡過去，”他說，“那地方到處都是磁性細菌。”觀察結果確定無誤地表明，南半球的這些生物朝著南極移動。它們進化出了能夠搜尋南極的磁晶體鏈。
當時，科什維克是普林斯頓大學博士後，與生物學家詹姆斯·古爾德（James Gould）一起工作。他還在沿著動物食物鏈向上搜尋磁感應體。1978年，他和古爾德在蜜蜂的腹部找到了磁性物質。之後，他們又於1979年在鴿子的頭部找到了磁性物質。科什維克不知道的是，當時在大西洋彼岸，有一個年輕人，超凡卓絕的英國曼徹斯特大學生物學家羅賓·貝克（Robin Baker）已經把研究生物磁感應能力的目光投向了體型更大、更為高級的動物：人類，更準確地說，是英國學生。
在一係列實驗中，他從一個所謂的“起點”處，將一些蒙著眼睛的學生帶上了一輛“雷諾-夏爾巴人”麵包車，接著載著他們七彎八繞地開進了鄉下，最後詢問他們起點處在哪個方向。在1980年《科學》期刊上的一篇文章中，貝克指出了這項研究結果的一些神奇之處：“學生們幾乎總能指對起點的大致方向。但是，當在他們戴的眼罩鬆緊帶內裝上條形磁鐵時，他們的表現就差了許多。然而，那些鬆緊帶內裝著黃銅棒的對照組學生則仍舊保有這種疑似感應磁場的能力。”
（www.nature.com/articles/291152a0）
圖源：Robin Baker
在後來開展的變體實驗中，貝克聲稱，在“徒步”實驗和“椅子”實驗裏都發現了人類有感知磁場的能力。前者的實驗過程是，研究人員領著蒙著眼的被試七彎八繞地走上一段路，再讓他們指出起點的方向。而後者的實驗過程則是，讓被試坐在椅子上轉圈，之後再讓他們辨明基本方向。貝克還把他的某些實驗搬上了電視熒幕，並且在將部分實驗結果提交圖書及主流科研期刊進行同行評審之前就公之於眾——這種天才般的作秀手段實實在在地得罪了其他學者。
在一封郵件中，貝克聲稱，他的美國同行們普遍對其懷有“敵意”。科什維克和古爾德就是質疑大軍中的一員。1981年，當貝克在美國東北部的幾所大學作巡回再現實驗時，他們便邀請貝克到普林斯頓大學來現場進行實驗。然而，無論是在普林斯頓還是其他大學，貝克的再現實驗都失敗了。1983年，貝克又在發表在《自然》上的一篇論文中聲稱，人類竇骨帶有磁性。科什維克隨後證明，貝克會得出這個實驗結果是因為實驗中沒有剔除外界幹擾因素。1985年，科什維克想要重複貝克的椅子實驗，但結果失敗了。
（www.nature.com/articles/301078a0）
盡管曼徹斯特大學的相關實驗為探尋人類磁感應能力蒙上了一層陰影，但科什維克悄無聲息地接過了貝克手中的接力棒，30年來，一直在大西洋另一側開展人類磁場感應實驗。他孜孜不倦地讓學生們簽訂實驗協議並給他們帶上帶有電磁線圈的金屬手套。“讓人惱火的是，雖然我們的實驗結果不壞，”他說，“但是，我們總是無法重複它們。”
通過磁感應，鳥類遷徙數千英裏，以避免寒冷的冬季氣溫。圖源：Wikimedia
現在，擁有了人類前沿科學計劃的90萬美元資金支持，科什維克，加州理工學院心理物理學家、腦電圖專家下條信輔（Shinsuke Shimojo）以及東京大學神經工程師間穀日（Ayumu Matani），正在盡自己最大的努力檢驗貝克的論斷。
曾經的對手現在卻領銜了人類磁感應能力的研究，貝克覺得有些諷刺。“喬很有可能是最有條件做這項研究的，”他寫道。至於他是否仍認為他的實驗結果指出了某些真相，貝克說，他的腦海中“沒有一絲一毫的懷疑：人體確實能夠探測並且利用地磁場”。
重頭戲
研究人員讓被試進入一個黑暗的金屬籠中，再對整個籠子施加磁場，以此來測試人體是否有潛在的磁第六感。圖源：C. BICKEL/SCIENCE
科什維克磁學實驗室的隔壁就是他測試人類被試的房間。房間裏擺著個四周都是薄鋁板的籠子，也就是我們熟知的法拉第籠，大小剛好能夠容納一個人。這個籠子的作用是為了屏蔽外界的電磁幹擾——比如電腦、電梯，甚至廣播電台發出的電磁波——這些都有可能幹擾實驗。“法拉第籠很重要，是我們這個實驗的關鍵，”科什維克說，“直到最近幾年，這個該死的法拉第屏蔽罩安置進來之後，我們才能更好地開展試驗。以前光是消除外界幹擾就要大費周折，現在隻要等上一分鍾就好了。”
之前，溫克霍費爾在奧爾登堡大學的同事亨裏克·莫裏岑（Henrik Mouritsen）進行的一項實驗表明，外界的電磁幹擾會導致歐亞鴝不能正確判斷磁場方向。之後，科什維克便引入了這個法拉第籠。雜散電磁場很有可能會影響可能存在的任何人體“羅盤”，科什維克說，並且當它和調頻廣播電台發出的電磁波頻帶重合時，幹擾效應最為強烈。這就解釋了為什麽貝克的實驗能夠在曼徹斯特大學取得成功，在美國東北部卻屢遭失敗——當時，曼徹斯特還沒有功率強大的調頻廣播站，但美國東北部有。
（www.nature.com/news/electronics-noise-disorients-migratory-birds-1.15176）
在當前的實驗設置下，法拉第籠裏內襯著許多裝有名為梅裏特線圈的方形線圈。當線圈內有電流通過時，法拉第籠的中央就會產生一個均勻磁場。這些梅裏特線圈按照三個互相垂直的方向排布，這樣，實驗員便能控製磁場的方向。籠內還有一把木質椅子，其不得不使用金屬的部分也都用了沒有磁性的材料：支架用了鋁合金，螺釘螺帽用了黃銅。椅子上麵掛著一件磁通門磁強計，用以檢測籠內磁場強度。
科什維克、下條和間穀的想法是，在法拉第籠內製造一個強度與地磁場相仿的旋轉磁場，然後再去檢測記錄被試大腦反應的腦電圖圖像。雖然這麽做無法確定人體內可能存在的磁場感受器究竟在哪兒，但已經足夠認證人究竟是否有磁第六感，且不用去理會那些經常出現的模棱兩可、會幹擾判斷的人類行為。“這主意真是太棒了，”溫克霍費爾說，“我很奇怪，為什麽之前沒人嚐試過。”
頭戴腦電圖感應帽的喬·科什維克。他是自己設計的磁感應測試的第一位被試。圖源：SPENCER LOWELL
實驗開始於2014年年末。科什維克本人是“人類被試1號”。而“人類被試19號”則是從間穀實驗室借調來的鬆井貴佑。間穀實驗室位於東京，是模仿科什維克實驗室搭建的，實驗環境也相仿，當時正在重複科什維克的實驗。鬆井先是簽了一個協議書，隨後便由一名技術員接進法拉第籠內，後者手裏還拖著長長的腦電圖掃描儀電線。那些電線就像新娘婚紗後麵拖著的裙裾一樣。“我們可以開始了嗎？”技術員插上電極後問道。鬆井堅決地點了點頭。“好的，那我把籠子關上了。”說完，技術員便放下了鋁合金翻門，關了燈，關了門。法拉第籠內隻剩下科什維克那帶著鼻音的刺耳嗓音。“別睡著了，”他說。
鬆井會在籠內徹頭徹尾的黑暗中待上整整一個小時。與此同時，一套自動運行的程序會完成全部8項測試。在半數測試中，人造磁場的強度大致相當於地磁場緩慢地在被試頭部周圍旋轉。而在另一半測試中，梅裏特線圈產生的磁場會被撤走，這樣，籠內起作用的就隻剩下了天然的地磁場。至於哪些測試用上人造磁場，哪些不用，完全是隨機的，目的是不讓實驗人員和被試知道究竟哪個是哪個。
圖源：Theoretical and Computational Biophysics Group
每隔幾年，英國皇家導航學會就會召開會議，召集動物導航研究領域內的幾乎所有研究人員。過去，會議的重點總是有關利用太陽、月亮或是別的星星導航——也有重點討論利用聲音和氣味導航的。然而，2016年4月在倫敦大學皇家霍洛威學院召開的這屆大會則全是討論磁感應能力的。
會上，研究者給出了蟑螂和箭毒蛙擁有磁感應能力的證據。英國牛津大學物理化學家彼得·霍爾（Peter Hore）為他的工作作了報告：證明隱花色素係統的量子行為可以讓該係統對磁場的感應比實驗室實驗預測的還要精準。北京大學生物物理學家謝燦則提出了頗具爭議的論斷：他在果蠅視網膜中發現了一種磁鐵結構的複合物，其周圍包裹著隱花色素蛋白質。他認為，那就是我們一直在尋找的磁感應受體。
隨後，在學會第一天的最後一場講座中，科什維克走上講台，公布了可能是最有爆炸性的新聞。盡管實驗樣本還很小——隻有24名人類被試——但他的地下室設備產生了一個前後一致的、可以重複做出來的實驗結果。當人造磁場逆時針旋轉時——相當於被試看向右側——被試大腦發出的α波顯著減少。在腦電圖圖像中，α波的減少意味著大腦正在處理信息：由於實驗的唯一變量就是磁場，那也就是說，磁場激活了某一群神經元。神經元反應有幾百毫秒的延遲，科什維克認為，這種程度的延遲恰恰是大腦對磁場給出的積極回應。磁場也同樣有可能在大腦中誘發電流，而這種電流也會產生類似的腦電波圖像——但如果是這樣的話，這種變化應當立即出現，沒有任何延遲。
當科什維克變磁場方向為向下，指向地板時（相當於被試抬頭往上看），他也發現了腦電圖上的一個類似變化。雖然科什維克將這歸結為人類體內磁性羅盤的極性所致，但他其實不明白為什麽當磁場方向朝下或是逆時針時，α波才會發生變化，而不是磁場朝上或是順時針方向呢？“我的演講效果‘非常’棒，”在之後的一封郵件裏，科什維克喜氣洋洋地寫道，“搞定了。我們人類體內確有一直工作的磁感應受體。”
與會的其他學者則對此抱有謹慎樂觀的態度：若果真如此，那確實很令人驚喜。“這不是那種在短短12分鍾演講裏就可以確認的東西，”羅曼說。“細節總是最難處理的，”霍爾表示，“喬很聰明，做實驗也很細致。他要是對自己的實驗結果沒有十足的把握的話，是不會在導航學會這樣的場合發表結果的。在這個領域，可不是每個科學家都能得到這種評價的。”
兩個月後，也就是2016年6月，科什維克前往日本，和間穀的實驗小組一起處理數據、分析兩地實驗中的不同之處。“那感覺就像是愛麗絲夢遊奇境記裏，進到兔子洞時的場景，”科什維克說。間穀的實驗布置與科什維克類似，但他的法拉第籠和梅裏特線圈都要小得多——隻夠容納被試的頭部，因此，被試必須躺著把頭伸進籠子。然而，這個實驗小組也同樣開始看到能夠重複做出的腦電圖成像變化。“這個實驗絕對可以重複做出，哪怕這是在東京，”科什維克說，“研究人體磁場的大門正在打開。”
科什維克畢生的追求似乎終於修成正果，但又好像僅僅還隻是一個開頭。新西蘭的一位同行表示，他準備在南半球重複科什維克的實驗，而科什維克本人則想要更多資金來建造可移動法拉第籠，這樣他就可以把這個實驗搬到磁赤道上去了。還有論文要寫，還有新被試要去招募。正如貝克的實驗結果在經受了多年的學術圈研究後重新煥發活力一樣，科什維克知道，要想讓他的觀點被廣泛接受，還有很長、很艱難的一段路要走。
不過，此刻，他確實想要證明——或者說一勞永逸地證明——真的有東西連接著口袋裏的蘋果手機（這個由電磁定律驅動且定義了現代生活的設備）與他體內深深埋藏著的本能以及這個世界的生命之樹。“這是我們地球生命進化曆史的一部分。感應磁場的能力也許就是我們與生俱來的第六感。”
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