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大自然的GPS: 动物如何利用自然世界导航?
来稿:科学技术普及部      发布时间:2022-01-13

世界各地数百万的动物随着季节的变化,冬天迁徙至越冬地,明年春天回到它们的繁殖地。鸟类、哺乳动物、鱼类和昆虫的消长是地球生物多样性的关键组成部分。

迁徙是一项具有挑战性的战略。

对于像鸣禽这样的小动物来说,为了能够从非洲或南欧返回到它们的繁殖地,它们需要能够反复导航到相同的地方。它们是如何做到这一点的,这个问题已经困扰了科学家60多年。

一项研究表明,小动物——它们的大脑也相应地很小——是如何穿越山脉、海洋和沙漠而不迷路的。

鸟类似乎在利用环境中可用的外部线索,比如恒星和地球磁场,提供类似地图和指南针的作用。但它们是如何把这些线索结合在一起的?

一篇论文描述了一种小型欧亚鸣禽苇莺的导航方式。首先把一块小磁铁贴在鸟的前额上,这干扰了它们感知地球磁场的能力。研究人员发现,在阻挡了它们对星星的视线时,这些鸟就无法找到正确的迁徙方向。然而,一旦看到星星,它们就能重新找到路了。

就像一个细心的工程师,自然选择的进化过程为鸟类的导航系统建立了一个故障安全装置,确保在多云的天气有备用的定位装置可用。

研究小组的另一项研究表明,这些苇莺在迁徙时是如何准确判断自己的位置的,以及它们如何应对强风路线或阿尔卑斯山等障碍。

研究人员将苇莺置于人工磁场中,该磁场与鸟类迁徙路线西北方向的自然磁场相匹配。然后,在一个方向笼里测试了它们的方向感。这是一个直径30厘米的小漏斗,通过分析鸟在笼子里跳跃的位置,可以测量出鸟想要起飞的方向。

当被放置在这个人工磁场中时,鸟类的方向从东南改变为西南,这表明它们已经认识到磁场信号是外来的,并试图回到它们的路线。

这技术为“虚拟置换”,因为这只鸟实际上从来没有离开过它被捕获进行测试的地点。它已经成为了解动物如何感知和利用地球磁场导航的新工具。

更值得注意的是,人造磁场并不是鸟类之前在迁徙时遇到的磁场。这意味着它们对所学到的磁场信号没有反应。相反,这些鸟利用它们对地球磁场随距离变化的本能感知,判断出它们在飞行路线的西北方向。对那些小鸟的大脑来说,这已经不错了。

显然,星场和磁场都是鸟类迁徙的重要线索。但人类活动有可能破坏这些重要线索。城市夜晚的人造灯光降低了星星和月亮的能见度。对于其他动物,如蜣螂和沙蚤,已经被证明人类活动会对它们的导航能力产生负面影响。

更重要的是,人造电磁信号——比如来自无线电发射塔的信号,甚至是来自日常设备(如水壶)的电流——也会干扰鸟类探测自然磁场的能力。人类可能给鸟类造成了双倍剂量的污染,这是它们的自动防故障系统无法克服的。

现在还不完全了解这些污染物是如何影响候鸟的,但随着我们越来越了解大自然的GPS,了解人类活动对这一非凡的导航系统造成的风险至关重要。

来源:科普中国(中国绿发会)