《鳥的感官》:候鳥大半夜遷徙,為何不會飛錯方向?

《鳥的感官》:候鳥大半夜遷徙,為何不會飛錯方向?
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我們想讓你知道的是

羅盤可以偵測磁場的方向,地圖則偵測磁場的強度,結合了兩種類型的資訊後,鳥兒就能找到回家的路,能穿越看起來到處都一樣的海洋,或飛越一大片土地。

文:柏克海德(Tim Birkhead)

鳥類尋路的研究已有悠久的歷史,也曾引起激烈的辯論。在19世紀中期,關於鴿子等鳥類如何找到路回家有兩派說法。一派說鳥兒記得出去的路,但這個想法沒有證據。另一派則根據相當新的發現,地球像塊大磁鐵,而鳥兒則有第六感,能夠偵測到地球的磁場。小說家凡爾納很快地用上了這個點子,在《哈特拉斯船長歷險記》(1866年出版)中,主角「……受到磁力的影響……一直朝著北方前進。」1859年,俄羅斯動物學家馮米登朵夫提出鳥類(不是人類)會用磁覺導航,但19世紀晚期大多數的鳥類學家都不以為意,包括英國的紐頓。

1936年,另一位英國鳥類學家湯森寫道:「磁覺是否存在,目前尚無證據……此外,細查之下,這個概念更失去了吸引力,因為相關的現象似乎與目的不符。」同樣地,1944年,葛萊芬在一則評論中說:「在動物身上,從未看到對磁場的敏銳度,地球的磁場十分微弱,要能敏銳察覺到這樣的磁場更不可能,因為已知的生命組織都未含有強磁性的物質(例如金屬鐵氧化物……),這種物質本身就能在地球的磁場中發出可觀的機械力。」他的評論除了這段以外,其他的見解都相當深刻。

過了不久,在1950年代早期,德國鳥類學家克拉瑪開始用新的方法思考這個問題,發覺導航需要兩個步驟。被放開的時候,鳥兒得知道當下的位置,也得知道「家」的方向。人類也用同樣的方法認路:先看看地圖(我在哪裡),再用羅盤定位(家在哪個方向)。這就是所謂的克拉瑪「地圖和羅盤」模型。

羅盤可能有好幾個。我們最熟悉的就是磁羅盤,儀器上的磁針會對齊磁力線,也就是地球磁場的力線,指向北方。遷徙生物學家也找到了其他鳥兒用來導航的羅盤,包括日光羅盤(在白天遷徙的鳥專用)和恆星羅盤(夜間遷徙候鳥專用)。

1950年代,梅克爾和他的學生威爾茲柯在德國研究歐亞鴝的遷徙行為,首度證明鳥兒可能有磁羅盤。要觀察遷徙的過程顯然不容易,尤其像歐亞鴝會在夜間遷移。然而,在遷徙開始前研究人員抓了歐亞鴝,把牠們放在特製的「定向籠」裡,也就是恩倫漏斗的前身,這樣就能看到牠們往哪個方向跳或拍翅膀,行為完美反映出遷徙的方向。梅克爾和威爾茲柯利用歐亞鴝能從裡面看到夜空的定向籠,發現鳥兒用恆星當作羅盤,在秋季遷移時從德國出發,持續朝著西南方前進。然而,觀察一片漆黑中的知更鳥時,他們發現知更鳥並不會如他們預期的摸不著方向,仍會繼續朝著習慣的西南方跳躍。其中的含意非常值得注意:鳥兒在找到準確的方向時不一定要靠著恆星。一定還有其他的因素。

為了測試磁羅盤是不是「其他的因素」,他們把歐亞鴝放入環繞電磁線圈的定向籠中,研究人員可以改變磁場的方向。然後比較了顛倒磁場或轉為東西向時歐亞鴝跳躍的方向。正如所願,歐亞鴝的表現正像牠們能偵測到磁場,並跟著改變跳躍的方向。

後續對其他鳥種做的研究也出現了類似的結果,因此,即使之前大家都懷疑,但到了1980年代,大家都同意鳥類確實有磁覺,並能用磁覺從地球的磁場讀出方向。也就是說,這些鳥兒的確具備了磁羅盤。

值得注意的是,鳥類也有磁地圖,可以辨別自己的位置——就像全球定位系統,不過不是用衛星信號,而是用地球的磁場。這不是候鳥的專利:雞不是候鳥,但也有磁覺,哺乳類和蝴蝶也有,應該可以用來找路,只是距離不怎麼長。

磁覺為何一度看似不可能存在?一個原因是鳥類沒有顯然能用來偵測磁場的特定器官。對於視覺和聽覺,眼睛和耳朵顯然便是分別用來直接偵測環境中的光線和聲音。磁覺則不同,因為磁覺能穿過身體組織,和光線和聲音不一樣。意思是,鳥兒(或其他生物)能透過全身個別細胞內的化學反應來偵測磁場。

動物(包括鳥在內)如何偵測磁場,目前有三種主要的理論。第一種稱為「電磁感應」,可能出現在魚身上,但鳥和其他動物似乎缺乏這種機制需要的高度敏銳感受器。第二種牽涉到叫作磁鐵礦(一種氧化鐵)的磁性礦物,1970年代,科學家在某些細菌裡面找到這種物質,會讓細菌在磁場中排成一線。更進一步研究後,發現其他物種也有磁鐵礦的細微結晶,包括蜜蜂、魚和鳥。1980年代,鴿子的眼周和上喙的鼻孔裡都找到了磁鐵礦的微小結晶。我們也會看到,如果結晶正是導航的要素,出現在這些位置就大有可為了。第三種理論則說磁覺可能由化學反應傳達,相當耐人尋味。

在1970年代,有人發現某些類型的化學反應可以用磁場改變,但那時沒有人想到這種過程或許能幫候鳥找路。更值得注意的則是這些特殊的化學反應似乎由光線引起,美國的一群研究人員因此推測,鳥兒或許能「看見」地球的磁場。

這個想法不太像是真的,卻鼓勵了威爾茲柯和妻子蘿絲維塔著手調查。從其他人的研究,他們知道鴿子在自由飛翔時,如果用不透明的眼罩蓋住左眼,會比蓋住右眼更容易找到回家的路。而且要注意了,在多雲的天氣(看不見太陽的時候),這種右眼表現更佳的現象更加顯著。當然,這表示牠們不能用日光羅盤,但也指出或許牠們用的磁覺不知道跟右眼有什麼關聯。聽起來不太可能,但威爾茲柯夫婦也知道鳥的腦高度側化,鴿子的結果也符合左腦(我們在第一章看到,左腦從右眼接收視覺資訊)比較適合處理和返回原地以及導航有關的資訊。為了直接測試這個想法,威爾茲柯夫婦又去研究他們最愛的鳥,也就是歐亞鴝。


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