NSR：地磁场极性倒转对生物有何影响 ？

地(dì)磁场是ìuìhēngyǒ(shì)维持地(dì)球宜居性的(de)重要(yào)地(dì)球物理场，影响着地(dì)球生(shēng)命的地倒转对(de)起源和(hé)演化。近一(yī)百多年(nián)来，磁场王者头像 霸气地(dì)磁场正在(zài)持续减弱，极性其强度降低了(le)约10%
，影响尤其是ìuìhēngyǒ(shì)在(zài)南大(dà)西洋的(de)上(shàng)空存在(zài)一(yī)个(gè)强度减弱 、辐射增强的地倒转对(de)区域（称为(wéi)南大(dà)西洋异常区 ，SSA），磁场面积还在(zài)扩大(dà)。极性强度降低往往是影响(shì)地(dì)磁极性倒转之前的(de)现象 ，这(zhè)引(lead)起了(le)科学家和(hé)公众对(duì)地(dì)磁倒转的ìuìhēngyǒ(de)关切。 

中(zhōng)国(guó)科学院地(dì)质与地(dì)球物理研究所生(shēng)物地(dì)磁学团队潘永信院士和(hé)李金华研究员从文献整理了(le)从万年(nián)到(dào)十亿年(nián)尺度上(shàng)的地倒转对(de)地(dì)磁场极性和(hé)强度变化与重大(dà)生(shēng)物演化事件，在(zài)此基础上(shàng)探讨地(dì)磁变化对(duì)生(shēng)物的磁场王者头像 霸气(de)可(kě)能作(zuò)用及机制，并前瞻未来利用多学科交叉、极性结合实验观测与理论模拟，影响开展地(dì)磁场-生(shēng)物圈关联研究的(de)重要(yào)性与途径。文章认为(wéi): 

（1）地(dì)磁极性倒转与生(shēng)命演化事件在(zài)时间上(shàng)存在(zài)一(yī)定程度的(de)相关性，但并不(bú)存在(zài)明显的(de)简单因果关系 。显生(shēng)宙以(yǐ)来地(dì)磁场呈现地(dì)磁极性频繁倒转与数百万年(nián)保持不(bú)变的(de)超静磁期交替出(chū)现的(de)特征 。据不(bú)完全统计 ，地(dì)磁场至少发(fā)生(shēng)过几百次极性倒转和(hé)数量可(kě)能更多的(de)极性漂移（不(bú)成(chéng)功的(de)磁极性倒转）。地(dì)磁极性倒转和(hé)漂移期间 ，地(dì)球表面偶极子场强度降低，其强度可(kě)降至现今磁场的(de)10%左右  。近年(nián)来古地(dì)磁学家的(de)研究发(fā)现，埃迪卡拉纪末期地(dì)磁场强度的(de)极低值以(yǐ)及随后的(de)升高，与埃迪卡拉纪末期的(de)生(shēng)物大(dà)灭绝以(yǐ)及随后的(de)寒武纪生(shēng)命大(dà)爆发(fā)在(zài)时间上(shàng)吻合
 ，第四纪地(dì)磁漂移事件与哺乳动(dòng)物演化在(zài)时间也(yě)具有(yǒu)一(yī)定的(de)相关性 。实际上(shàng)，地(dì)磁场变化是(shì)否为(wéi)生(shēng)物事件发(fā)生(shēng)的(de)诱因之一(yī)仍不(bú)清楚 。也(yě)有(yǒu)理论分(fèn)析认为(wéi)，倒转期间的(de)磁层(layer)和(hé)大(dà)气的(de)双重保护作(zuò)用，依然可(kě)以(yǐ)阻止太阳风和(hé)高能带电离子直接倾泻到(dào)地(dì)表而对(duì)生(shēng)态系统造成(chéng)的(de)直接杀伤作(zuò)用 。因此 ，需要(yào)获得更多的(de)地(dì)质和(hé)地(dì)球物理观测证据，结合模拟实验 ，才能深入理解作(zuò)用机制和(hé)过程。 

（2）地(dì)磁极性倒转期间到(dào)达地(dì)表的(de)辐射通量变化可(kě)产生(shēng)生(shēng)物生(shēng)存的(de)环境压力。地(dì)磁场与生(shēng)命的(de)起源可(kě)追溯到(dào)35-38亿年(nián)前。在(zài)地(dì)质历史中(zhōng)  ，地(dì)磁场不(bú)断变化，生(shēng)物也(yě)持续演替 。在(zài)地(dì)磁极性倒转期间，地(dì)磁场强度降低 ，造成(chéng)其对(duì)紫外辐射（UVR）的(de)阻挡作(zuò)用减弱，从而导致其到(dào)达地(dì)表的(de)通量增加
。一(yī)方面 ，UVR会(huì)对(duì)细(thin)胞产生(shēng)多种有(yǒu)害影响，包(Bag)括DNA结构和(hé)其他(tā)生(shēng)物相关分(fèn)子的(de)改变、关键生(shēng)理过程的(de)慢性抑制及急性生(shēng)理应激等，从而胁迫陆地(dì)和(hé)水体表层(layer)生(shēng)物的(de)生(shēng)存
。另一(yī)方面，UVR的(de)增加可(kě)能会(huì)促进基因变异
，筛选出(chū)适(suitable)应和(hé)抵御恶劣环境的(de)性状(shape) ，如行为(wéi)机制（例如
，迁移、穴道  、夜间活动(dòng)） 、表型(type)改变（例如
 ，类真菌素氨基酸 、类胡萝卜素等色素）和(hé)代谢机制（例如，DNA修复、抗氧化剂和(hé)生(shēng)物矿化）等。因此 ，地(dì)质历史时期非周期性且频繁的(de)地(dì)磁极性倒转，会(huì)造成(chéng)到(dào)达地(dì)表的(de)UVR通量非周期且频繁改变
，既对(duì)地(dì)表和(hé)水体表层(layer)的(de)生(shēng)物生(shēng)存造成(chéng)一(yī)定的(de)环境胁迫 ，促使其主(zhǔ)动(dòng)做出(chū)适(suitable)应性改变，又可(kě)能在(zài)客观上(shàng)加速基因变异，进而造成(chéng)物种多样性的(de)改变（生(shēng)物成(chéng)种作(zuò)用）。 

（3）地(dì)磁变化还可(kě)直接或间接影响生(shēng)物个(gè)体的(de)发(fā)育(Educate) 、行为(wéi)与演化。在(zài)与地(dì)磁场的(de)长期共演化中(zhōng)，生(shēng)物也(yě)进化出(chū)利用地(dì)磁场开展各种生(shēng)理活动(dòng)的(de)能力 。比如  ，趋磁细(thin)菌在(zài)水体中(zhōng)可(kě)以(yǐ)沿磁场游泳，美洲帝王(king)蝶、绿海龟 、北极燕鸥、知更鸟 、中(zhōng)华山蝠等高等生(shēng)物能利用地(dì)磁场在(zài)不(bú)同(tóng)空间 、不(bú)同(tóng)尺度进行精确定位和(hé)导航 ，完成(chéng)它们的(de)长距离迁飞(fly)和(hé)迁徙。最近的(de)研究也(yě)表明，长期暴露在(zài)亚磁场中(zhōng)的(de)小鼠表现出(chū)成(chéng)体海马神经发(fā)生(shēng)和(hé)认知功能的(de)显著损伤，这(zhè)意味着地(dì)磁场对(duì)哺乳动(dòng)物至关重要(yào) 。研究还发(fā)现，趋磁细(thin)菌可(kě)能在(zài)太古代已经起源
，它们的(de)感磁行为(wéi)并不(bú)是(shì)传统认识(knowledge)的(de)被动(dòng)沿地(dì)磁场排列后的(de)游泳行为(wéi)，可(kě)能是(shì)与代谢偶联的(de)主(zhǔ)动(dòng)趋磁行为(wéi)
。这(zhè)些研究表明，生(shēng)物的(de)感磁能力可(kě)能具有(yǒu)古老起源，并与地(dì)磁场长期共演化，且与其他(tā)物理和(hé)化学信号相互耦合 。 

虽然地(dì)球科学家在(zài)半个(gè)世纪前已经注意到(dào)地(dì)磁场可(kě)能对(duì)生(shēng)物有(yǒu)影响作(zuò)用，生(shēng)物感知磁场这(zhè)个(gè)问题也(yě)很早前就(jiù)已被提出(chū)，然而，直到(dào)现在(zài)仍是(shì)自然界中(zhōng)引(lead)人(rén)注目的(de)未解之谜。由于(yú)地(dì)磁场-环境-生(shēng)物之间关系复杂且长期缺乏系统而深入的(de)交叉学科研究 ，证据缺乏 、机制不(bú)明，造成(chéng)对(duì)地(dì)磁场生(shēng)物效应的(de)作(zuò)用机制
 、生(shēng)物感磁机理等仍不(bú)清楚。因此 ，未来研究中(zhōng)需要(yào)加强“地(dì)磁场-辐射-生(shēng)命”三者关联的(de)多学科研究 ，建立“地(dì)磁场-环境-生(shēng)物”三者关联的(de)动(dòng)态作(zuò)用模型(type)
，开展“古环境-古地(dì)磁-古生(shēng)物学”综合研究和(hé)相关大(dà)数据分(fèn)析，破译地(dì)磁场和(hé)生(shēng)物圈之间的(de)内在(zài)联系，为(wéi)认识(knowledge)生(shēng)命和(hé)地(dì)磁场共演化和(hé)行星地(dì)球宜居性提供理论基础 。

地(dì)质历史时期地(dì)磁极性倒转频率 、古强度与主(zhǔ)要(yào)地(dì)质和(hé)生(shēng)物事件

该(Should)研究以(yǐ)展望（perspective）的(de)形式发(fā)表于(yú)NSR（潘永信  ，李金华. On the biospheric effects of geomagnetic reversals[J].National Science Review, 2023: nwad070. DOI: 10.1093/nsr/nwad070）。研究得到(dào)了(le)国(guó)家自然科学基金创新研究群体（41621004）和(hé)杰出(chū)青年(nián)基金（42225402）项目资助。

(责任编辑：时尚)