地球就像一个巨大的磁球。在3000~5000公里的地下深处，地球液态外核内不断运动的带电金属粒子形成地磁场“发电机”，源源不断地产生磁场，穿过地幔和地壳到达地表，一直延展到太空，像一把保护伞，屏蔽宇宙射线，保护着地球的大气、水。如果地球没有磁场，太阳风等高能带电粒子会剥蚀地球大气层，而没有了大气，地表的液态水逃逸，地球生物将难以生存。
近日，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潘永信在接受《中国科学报》采访时解释。在地球数十亿年的漫长演化中，候鸟、蝙蝠等生物也演化出利用地磁场信息定向、导航的本领。然而，地磁场并非一成不变，其南北磁极会发生漂移，极性也会发生倒转，给地球生物带来巨大影响。地磁场曾经发生过怎样的变化？地球生物和地磁场之间有何关联？
过去20年，潘永信带领地质地球所生物地磁研究团队以这些问题为起点，通过生物、地学两大一级学科交叉“实验”，在地磁场变化、趋磁细菌多样性与起源演化、生物响应地磁场机制以及仿生磁性纳米材料诊疗癌症等基础与应用科学研究领域取得了一系列创新性重要成果。地质地球所鸿鹄楼一楼，一间标注着“设备重地”的实验室内，3台岩石超导磁力仪在一阵阵蜂鸣声中运作着。它们的任务是检测小岩块中记录的古地磁场方向和强度。
地质地球所副研究员蔡书慧盯着电脑屏幕，关注着测量数据。这是一项需要耐心的工作。有时候，一个地质剖面会采集成千上万块样品，需要一块块测量分析。把所有样品的分析数据整合在一起，可以了解这一时期地磁场的变化情况，与标准磁性年表对比，就可以确定一个目标地质剖面在地球历史中所处的地质时期。作为地球固有的物理场，地磁场与地球生物之间存在着怎样的联系？其变化如何影响地球生物？
在地质地球所原所长朱日祥院士指导下，从上世纪90年代起，潘永信成为地磁学、生物学这两个交叉学科研究的“探路先锋”。1996年，在当时国家科委项目资助下，潘永信与山东省农科院合作开展生物磁性肥料研究，探究生物磁性肥料是否能促进植物生长发育以及改良土壤性质。2003年在德国慕尼黑大学地球与环境科学系做洪堡学者期间，他开始了现代湖泊环境中的趋磁细菌研究。
针对自然界中趋磁细菌地理分布等问题，通过开展广泛的国际合作，他们进行了全球范围的野外调查和大规模采样，发现趋磁细菌至少分布在14个细菌门中，改变了之前仅存在于3个门的传统认知。他们还发现，趋磁细菌起源时间至少可追溯至距今30亿年前的太古宙，为样品稀缺的地球早期磁场研究提供了交叉新思路。如何利用生物矿化的相关机理解决一些现实问题呢？
在这个想法的驱动下，一批新生力量加入进来，生物地磁学实验室的研究方向再次生发。
随着研究方向的不断拓展，目前，地质地球所生物地磁学团队已从最初的“三五杆枪”发展成如今包括研究生在内的30多人的交叉研究队伍。多年来，在解决相关问题的过程中，他们设计开发出一系列跨学科研究的平台与方法，如亚磁场空间、生物磁导航磁线圈、趋磁细菌磁收集装置、电子显微学观测平台等，引领生物地磁学发展。
对于下一步发展，潘永信认为，应坚持科学问题导向和学科交叉，揭示地球磁场与生命的共演化规律，不断拓宽新的知识边界。在他看来，随着我国深空探测的持续推进，生物地磁研究将大有可为。事实上，从行星磁场到行星宜居性乃至深空亚磁场环境对生物的影响，研究团队一直在拓宽生物地磁研究的新边界。脚踏实地，仰望星空，这个“风华正茂”的生物地磁学研究团队未来可期。