科技部出版基金资助：生物地磁学——现象、机理及应用

生物地磁学是地球科学与生命科学交叉融合形成的一门新学科。

本书是第一本生物地磁学的专业书籍。

聚焦地磁场变化影响生物圈的作用过程及规律研究，梳理总结了相关研究中取得的原创性成果。

针对每个研究方向归纳了国内外最新研究进展和存在的重要问题，并对建立的生物地磁学专业实验平台和方法体系进行介绍。

总结了地磁场变化影响生物圈的重要证据、关键过程、共演化规律和地磁场变化的生物学效应。

迄今为止，地球是太阳系唯一生物繁盛的星球，生命以多种多样的形式绽放着精彩。地磁场作为地球本体的基本物理场，起源于地球外核导电流体的运动，磁力线穿过地幔和地壳到达地表并延伸到遥远的太空。地球上生机盎然，所有生命活动都是在地磁场伴随下进行的。古地磁学研究揭示，地磁场可能起源于40 亿年前，早于地球生命的出现。正是由于地磁场保护了地球大气圈和水圈免受太阳风的剥蚀，为地球孕育生命提供了必要的条件，地磁场和大气圈的共同作用又保护地球表面免受宇宙射线的侵袭，使地球成为生命宜居的星球。在生物与地磁场长期共演化过程中，生物也进化出利用地磁场开展各种生理活动的能力。比如，趋磁细菌在水体中可以沿磁力线游动，美洲帝王蝶、绿海龟、北极燕鸥、知更鸟、中华山蝠等高等生物能利用地磁场在不同空间、不同尺度进行精确定位和导航，完成长距离迁飞和迁徙。这表明，地球宜居性的维系和生命的繁衍生息都离不开地磁场。从某种程度上看，地磁场之于生命就像空气和水一样重要，没有它生命就难以正常生存。地磁场并不是稳定的，它随时间发生变化，只不过变化缓慢而往往被忽视。地磁场最显著的变化就是磁场极性改变，即地磁极性倒转。过去局限于跨学科研究的困难，人们对于地磁极性倒转如何影响地球环境和生命的认知有限。

我们也认识到，在人类历史上，每一次对地磁场认识和应用的提升，都对文明进程起到了巨大的推动作用。例如，指南针的发明和应用助力在茫茫大海上的商船准确找到方向，也成就了郑和七下西洋的伟大壮举，极大推进了航海事业大发展。电-磁感应原理的发现，地磁场基本模型的构建，奠定了现代科技的部分重要基础。随着新一轮科技革命和产业变革加速演进，新的学科增长点不断涌现，地磁学研究与应用进入了新赛道。生物地磁学就是在此背景下，由地球科学与生命科学交叉融合而形成的一门交叉学科。它围绕地磁场与生物圈演化之间联系的前沿科学问题，将地磁场变化与地表生物过程研究在时间、空间两个维度上统一起来，旨在获取地磁场变化影响生物圈的重要证据，揭示关键过程及共演化规律，深刻认识地磁场变化的生物学效应，并帮助人们更好地理解地球家园的过去、现在和未来。

中国科学院地质与地球物理研究所生物地磁学研究团队初创于20 世纪90 年代，当时承担国家科委的攻关项目，研制出一种新的磁性肥料（在控温加热条件下由菱铁矿热转变制备的细颗粒磁性物质），并与土壤肥料专家合作完成了磁性肥料对作物的种植试验。21 世纪初，创建了国内首个生物地磁学专业实验室，实验室成员来自地球科学、生命科学和医学等不同领域。多年来，他们坚持践行学科交叉融合的理念并不懈奋斗，做出了多项重要创新性成果，2022 年荣获中国科学院杰出科技成就奖。

《生物地磁学——现象、机理及应用》一书总结了生物地磁学团队在古地磁场变化、高等生物感磁、趋磁细菌起源时间和生物矿化、生物纳米磁性颗粒仿生合成及生物医学应用等方面取得的重要成果，介绍了一系列新的证据、现象及机理。令人印象深刻的是，他们仿生制备的纳米尺寸磁性铁蛋白颗粒，不仅是室温条件下优异的超顺磁性材料，而且具有良好的肿瘤靶向性，展现出良好的医学应用前景，有望为肿瘤诊疗提供新材料。这本书既具有交叉学科研究鲜明特色，也体现出交叉学科研究的创新魅力。我很高兴看到这本书问世，相信它能给地球科学、生命科学和材料科学等领域的读者以启迪。

是为序。

中国科学院院士

发展中国家科学院院士

主编介绍

潘永信

中国科学院院士，中国科学院地质与地球物理研究所研究员，博士生导师。

主要从事古地磁学、生物地磁学、生物源磁性纳米矿物磁学与应用、岩石磁学、行星磁学等基础性研究。目前兼任所学位委员会主任、中国地质学会古地磁专业委员会主任委员、国际大地测量与地球物理联合会地球深部研究（SEDI）分会执委委员、地球物理学报和Earth and Planetary Physics主编、国家自然科学基金委地球科学部咨询委员、首次火星探测任务工程首席科学家等。

曾获国家自然科学二等奖（排名第三）、德国洪堡基金、中国青年科技奖、中国科学院优秀研究生指导教师奖等。中国科学院创新团队国际合作伙伴计划、国家自然科学基金创新研究群体项目及基础科学中心项目学术带头人。

田兰香

中国科学院地质与地球物理研究所副研究员，硕士生导师。

2000年于山东师范大学获学士学位，2003年于中国科学院动物研究所获硕士学位，2008年于中国科学院地质与地球物理研究所获博士学位。

主要从事生物地磁学和地球生物学等基础性研究。重点开展动物地磁导航行为和机理、地磁场变化（亚磁场）对动物的影响等研究。主持国家自然科学基金面上项目、中国科学院战略性先导科技专项(A类)子课题等科研项目。

目 录

ISBN 978-7-03-078129-1

潘永信 田兰香 主编

责任编辑：孟美岑 韩鹏

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