研究地磁场变化的技术瓶颈是如何从弱磁样品中准确提取高质量古地磁信息。本团队自主研发低磁干扰热退磁炉，解决了高温、零磁环境下热退磁的国际难题；发展了考古磁学新材料，提出古强度数据判别新标准，显著提高了古强度研究的准确性。

在这些方法创新的基础上，开展了近七千年来的古地磁场研究，建立了第一条东亚古强度变化曲线，揭示了千年尺度内地磁场强度的变化可高达6倍。这些结果为评估地磁场变化的生物效应提供了重要依据。

图1 研发热退磁炉，开发新材料、建立新技术，提出古强度数据判别新标准

图2 建立了首条东亚古强度变化参考曲线，揭示出地磁场千年内发生剧烈变化幅值和速率

趋磁细菌是一类能够感应地磁场的微生物。他们起源早、分布广泛，是研究地磁场变化影响生命的理想对象。但是，受研究方法限制，已有工作主要针对少数可培养菌株，而对超过99%的环境趋磁细菌认识不清。本团队通过自主研发新收集装置和分析软件，实现了环境趋磁细菌的高效富集和快速鉴定，为研究趋磁细菌的多样性和起源演化奠定了基础。在此基础上，通过开展全球范围的野外调查，首次发现地磁场强度变化影响趋磁细菌的地理分布和运动速率，揭示了趋磁细菌与地磁场的共演化规律。微生物的这种感磁行为是何时起源的呢？本团队利用宏基因组学和分子钟技术，建立了趋磁细菌的古老单起源模型，揭示出这些感磁微生物起源于32至34亿年前的太古代。这一发现为认识早期地磁场提供了生物学的独立证据。

图2 地磁场变化影响环境趋磁细菌的地理分布、磁场强度与趋磁运动速率的关系、古老单起源的新模型、起源于32-34亿年前的太古代。

团队进一步建立了趋磁细菌的磁小体图谱，阐明磁小体多阶段生长机制，提出趋磁细菌主动利用地磁场进行跨氧梯度的生存和矿化策略，揭示出微生物通过主动感磁行为驱动元素的生物地球化学循环。

图3 趋磁细菌磁小体图谱、子弹头形磁小体多阶段晶体生长机制、趋磁细菌主动趋磁新模型

传统的生物学研究主要关注现今地磁场下的生物感磁行为，而地磁场在地质历史时期发生过频繁倒转，强度可低于5微特，对于这些亚磁场的生物学效应还缺乏深入的研究。这些研究对于认识深空亚磁环境对航天员健康的影响也具有重要的指导意义。

图1 地质历史时期亚磁场环境及深空亚磁场环境

围绕亚磁场的生物学效应这一关键科学问题，他们选择了实验小鼠为研究对象，在建立磁场模拟、行为观测与神经生物学综合实验平台的基础上，首次发现亚磁场抑制神经干细胞增殖和分化，从而影响小鼠认知能力。他们的研究表明，地磁场就像空气和水一样，对地球生命至关重要。

图1 发现亚磁场影响哺乳动物海马体的神经生物学效应

为了进一步认识该效应的分子机制，他们综合利用转录组学、谱系示踪和病毒示踪技术，首次揭示出亚磁场通过降低小鼠神经干细胞内的活性氧水平，抑制神经干细胞增殖和分化，是亚磁场生物效应的重要因子。该成果为认识航天员暴露在深空亚磁场中的健康风险提供了评估依据和应对策略，这项成果发表在Nature Communications期刊上。

图2 揭示亚磁场神经生物学效应的分子机制

肿瘤的早诊断是癌症治疗的关键，尤其是1至2毫米的微小肿瘤没有血管，其临床诊断是世界性的难题。本团队基于多年对自然界生物体内合成磁性纳米矿物的系统研究，以基因工程人源铁蛋白为模板，模拟磁性矿物在纳米笼内的限域生长，通过精细控制反应条件，在国际率先仿生合成核壳型的磁性铁蛋白纳米材料。该材料可以跨越血脑屏障，实现小鼠脑部1到2毫米神经胶质瘤的核磁共振成像，并与合作者利用磁性铁蛋白对9种474例临床肿瘤标本进行筛查，证明该材料是一种高灵敏度、高特异性的诊断材料。

图1 创新磁性铁蛋白的仿生合成及应用

图2 发现磁性铁蛋白能跨越血脑屏障和诊断微小肿瘤