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地磁场（geomagnetic field,GMF）伴随地球生命起源和进化过程，它保护着地球生物圈免受太阳风及其它高能宇宙射线的辐射伤害，是地球生命的“保护伞”。研究表明：在长期演化中，细菌和很多动物进化出利用地磁场定向和导航的能力，包括人类大脑也能感知地磁场的变化。人们并不清楚动物是否在生长发育方面依赖地磁场。随着深空探测的发展，如未来月球和火星旅行和居留等，人类可能需要较长时间暴露于极弱的磁场环境中，有必要评估极弱磁场对人类活动的影响。因此，极弱磁场环境对动物神经系统的影响是地球物理学家和生物学家共同关注的重要科学问题。

通常将磁场强度低于5 μT的极弱磁场称为亚磁场（hypomagnetic field,HMF）。以往的研究发现亚磁场暴露会影响动物的认知过程。然而，亚磁场暴露影响动物认知过程的细胞及分子机制尚不清楚。哺乳动物大脑内的海马组织在动物的学习、记忆等认知功能中发挥着重要作用，海马组织在动物成年以后可持续产生新的神经元（该过程称为成体海马神经发生），这些新生的神经元具有很强的可塑性，可整合到已存在的神经环路中并参与学习和记忆等多种认知功能的调控。成体海马神经发生受动物生理和环境多种因素的影响，地磁场作为地球上生物生存的重要环境因子之一，其减弱对神经发生的影响研究将为评估包括人类在内的生物圈受亚磁场暴露的影响及应对策略提供重要科学依据；并且确定地磁场环境因素对成体海马神经发生的作用可为认识成年大脑的综合性功能提供有价值的参考。

近日，Nature Communications在线发表了中国科学院地质与地球物理研究所潘永信院士课题组和遗传与发育生物学研究所郭伟翔研究员课题组关于长期亚磁场暴露减弱小鼠成体海马神经发生和认知功能的研究成果，论文题目为Long-term exposure to a hypomagnetic field attenuates adult hippocampal neurogenesis and cognition。

中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理院重点实验室地磁场与生物圈演化学科组博士研究生张兵芳与导师潘永信研究员、田兰香副研究员联合遗传与发育生物学研究所郭伟翔研究员等，采用多学科交叉研究方法，对长时间HMF暴露对小鼠成体海马神经发生的影响开展系统性研究。研究发现，长期亚磁场暴露能够抑制成体神经干细胞的增殖与分化，并影响海马新生神经元的树突发育，进而导致海马依赖性学习认知的缺陷。通过转录组分析并结合内源性ROS原位标记，发现长期HMF暴露降低成体神经干细胞内源性ROS水平。然而，通过药物干预恢复细胞ROS水平，能够挽救长期HMF暴露引起的成年海马神经发生和认知的缺陷。此外，将长期亚磁场暴露的小鼠返回GMF中，其成年海马神经发生和认知得到明显改善，并伴随着ROS水平的升高。但是，GMF返场的改善效应能够通过降低ROS水平来阻断。

综上所述，本研究首次在动物水平上证实了地磁/亚磁场、ROS与成体海马神经发生之间的关系，确认亚磁场的生物效应具有时间累积性，揭示出地磁场在小鼠成体海马神经发生中的重要性，同时为研究亚磁场的神经生物学效应机制提供了新的认识，为亚磁场生物效应的医学干预提供了参考策略。

张兵芳博士研究生为论文第一作者，田兰香副研究员和郭伟翔研究员为共同通讯作者。

https://www.nature.com/articles/s41467-021-21468-x.pdf