許多動物都能通過感知地球磁場來導航，包括鳥類、蝙蝠、鰻魚、鯨魚，根據一些研究，甚至可能還有人類。然而，脊椎動物的確切機制還不太清楚。一種假設認為，這是動物和磁場感應細菌之間共生關係的結果。
但最主要的假說涉及細胞中的化學反應，通過所謂的自由基對機制引起的。本質上，如果某些分子被光激發，電子可以在它們之間跳到它們的「鄰居」。這可以創造出每一個都有一個電子的分子對，即所謂的自由基對。如果這些分子中的電子具有匹配的自旋狀態，它們將緩慢地進行化學反應，如果它們是對立的，則反應發生得更快。由於磁場可以影響電子自旋狀態，所以它們可以誘發化學反應，改變動物的行為。
在具有磁感應能力的動物活細胞中，被稱為隱光色素(cryptochromes)體的蛋白質被認為是進行這種激進對機制的分子。而現在，東京大學的研究人員首次觀察到了隱光色素對磁場的反應。
該團隊使用HeLa細胞進行研究，HeLa細胞是實驗室培育的人類宮頸癌細胞系，經常被用於此類實驗。他們專注於細胞的黃素分子，這是一種隱色子的亞單位，在藍光下會產生螢光。
研究人員用藍光照射細胞，使其產生螢光，然後每隔四秒在它們身上掃過一個磁場。而每次掃過它們時，細胞的螢光都會下降約3.5%。
研究小組表示，這種變暗是自由基對機制發揮作用的證據。基本上，當黃素分子被光激發時，它們要麼產生自由基對，要麼發出螢光。磁場影響更多的自由基對具有相同的電子自旋狀態，減緩它們的化學反應，並使整體螢光變暗。
「我們沒有對這些細胞進行任何修改或添加任何東西，」該研究的共同首席作者Jonathan Woodward說。「我們認為我們有極強的證據表明，我們已經觀察到了一個純粹的量子力學過程，影響了細胞層面的化學活動。」
該團隊表示，實驗中使用的磁場與普通冰箱磁鐵差不多，比地球的自然磁場強得多。但有趣的是，較弱的磁場實際上可以使自由基對中的電子自旋狀態更容易切換。這可能意味著激進對機制在具有「磁感」的動物中發揮作用，但還需要進一步的工作才能確定。
該研究發表在《美國國家科學院院刊》雜誌上。
