說到鴿子，你第一反應(yīng)可能是那些“放鴿子”爽約的人，據(jù)說他們普遍會發(fā)出“咕咕咕”的聲音（不是）。

除了“放鴿子”，另一個和鴿子有關(guān)的說法——“飛鴿傳書”，想必大家也不會陌生：古代相隔千里的人們，通過信鴿，就可以互相通信來往，這放在今天，妥妥是個裝了精確導(dǎo)航的無人機(jī)?。?/p>

但你知道嗎？像信鴿這樣具備如此強(qiáng)大“導(dǎo)航”能力的動物并不少，而且還在不斷被科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，只不過這其中的奧秘，卻仍是難以回答的未解之謎。

除了信鴿，很多動物都裝了“導(dǎo)航”

因?yàn)樯罨蛏嫘枰?，很多動物身體里都自備一個“導(dǎo)航系統(tǒng)”，其原理往往和磁場有關(guān)系。

各種遷徙的候鳥，它們在從南到北，又從北到南的遷徙過程中，就得時時確認(rèn)準(zhǔn)確的遷徙方向，例如歐洲知更鳥（Erithacus rubecula）、斑尾鷸（Limosa lapponica）等鳥類就是其中的佼佼者。

每年冬天，斑尾鷸會從接近北極的阿拉斯加出發(fā)，在九天之內(nèi)橫跨整個太平洋，飛行11000公里到達(dá)南半球的新西蘭；類似的還有北極燕鷗（Sterna paradisaea），北半球冬天的時候，就會從北極出發(fā)，飛到南極“過冬”，換句話說，每年它們要飛兩萬多公里在南北極來回跑。這種長距離的遷徙，肯定是少不了高精度的“導(dǎo)航”系統(tǒng)。

除了鳥類，小到細(xì)菌，大到海龜，這種超強(qiáng)的導(dǎo)航能力在各種生物中都有發(fā)現(xiàn)。

有一類叫做趨磁細(xì)菌（Magnetotactic bacteria）的微生物，就可以感知到磁場，并沿著磁場線的方向移動，并借此找到適合自己氧氣濃度的區(qū)域。

而在海洋里，每年需要洄游的生物們也有著優(yōu)良的“導(dǎo)航”。比如每年秋季洄游到河里的（肥美的）鮭魚，就是這其中的經(jīng)典代表?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，給鮭魚施加一個90°轉(zhuǎn)向的磁場，它們的游泳方向也轉(zhuǎn)了90°——這也就證明了它們身體里有一個和磁場相關(guān)的“導(dǎo)航系統(tǒng)”。

通過類似的方法，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)蠑螈、蟾蜍、蜜蜂、蝙蝠、鼴鼠等動物都可能具有這樣一套磁場“導(dǎo)航”，或是替代自己的眼睛尋找方向，亦或是進(jìn)行長距離的遷徙。

這其中，還有一位從小就擁有優(yōu)秀“導(dǎo)航”能力的厲害角色，那就是大家也很熟悉的海龜。剛出生的海龜，要奮力從沙灘上的巢穴爬向大海，這個過程中，磁場“導(dǎo)航”就發(fā)揮了不小的作用。

為了弄清楚龜類的“導(dǎo)航”能力，科學(xué)家們還為此做了個“壞心眼”的實(shí)驗(yàn)：他們先是在實(shí)驗(yàn)室里教會箱龜（Terrapene Carolina，一種能尋找方向準(zhǔn)確回家的淡水龜）怎么正確地從東走到西；然后突然改變磁場的環(huán)境，箱龜們就找不到正確的方向了，這也同樣說明磁場在動物導(dǎo)航中具有重要的作用。

2020年還有一項(xiàng)有趣的研究發(fā)現(xiàn)，狗在野外“回家”的時候，除了尋找走過的軌跡，還會特定地沿著南北方向進(jìn)行“偵察”，找到大致方向之后再轉(zhuǎn)向“家”的方向，這也可能暗示著，像狗這樣的哺乳動物也擁有“導(dǎo)航”能力。

磁感應(yīng)≠指南針

說了這么久“導(dǎo)航”，相信不少人都已經(jīng)知道其中的一個關(guān)鍵因素：磁感應(yīng)（Magnetoreception）。簡單來說，就是感知地球磁場的能力，借助這樣的能力，很多生物就可以準(zhǔn)確地找到地理方向。

驗(yàn)證磁感應(yīng)的方法也非常經(jīng)典。

1971年，美國生物學(xué)家威廉·基頓（William·Keeton）做了個很簡單的實(shí)驗(yàn)：在幾十英里外放飛信鴿，區(qū)別在于這個信鴿身上裝了塊磁鐵。實(shí)驗(yàn)結(jié)果讓當(dāng)時不知道磁感應(yīng)的人們意想不到：在陰天里背了磁鐵的信鴿完全迷失了方向，但是大晴天的時候，信鴿卻能準(zhǔn)確找到方向。

這也說明，在陰天沒有太陽引導(dǎo)的情況下，信鴿會很依賴磁場來作為判斷的標(biāo)準(zhǔn)。那么問題又來了：動物們是怎么感知磁場的呢？

大量的動物行為學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這好像不是動物腦子里裝了個指南針或者導(dǎo)航這么簡單——答案可能非常復(fù)雜。

一方面，鳥類的磁感應(yīng)不像指南針一樣是針對準(zhǔn)確的南極、北極方向，而是一種檢測地平線和磁感線角度的傾角羅盤模式（inclination compass），用以判斷它現(xiàn)在是在赤道（角度向上）還是極地（角度向下）了；

另一方面，這種磁感應(yīng)還受到光的調(diào)控：在紫外線到綠光波長的光線（<565nm）下磁感應(yīng)會很有效，但是一到紅光和黃光下，鳥類就會迷失方向。

對此科學(xué)家們提出了各種各樣的假說或猜測，來解釋動物的磁感應(yīng)能力：可能是像趨磁細(xì)菌一樣有磁鐵（如四氧化三鐵）在體內(nèi)發(fā)揮作用？又或者是通過海水可以感知到電壓？

只不過目前證據(jù)最有力的，還是基于量子力學(xué)和生物化學(xué)的自由基對假說。

隱花色素-4可能是磁感應(yīng)的關(guān)鍵？

結(jié)合磁感應(yīng)的特點(diǎn)以及和光線的關(guān)系，研究者開始猜測：磁感應(yīng)會不會和光的感知有關(guān)系？很快，他們把目光聚集在了4號隱花色素（CRY4）上。

隱花色素是在視網(wǎng)膜感光細(xì)胞里的一類感知藍(lán)光的蛋白，其中1號和2號（CRY1 & CRY2）

和晝夜節(jié)律的關(guān)系密切。但是4號CRY4卻和晝夜節(jié)律一點(diǎn)關(guān)系也沒有，這就引起了研究者的好奇。

在今年6月份的一項(xiàng)研究中，研究者在歐洲知更鳥體內(nèi)，對CRY4的功能進(jìn)行了詳細(xì)的揭示（下圖）：

當(dāng)感光細(xì)胞里的CRY4感知到光子時，就會產(chǎn)生“光激發(fā)”的現(xiàn)象，CRY4上也就產(chǎn)生了對磁場敏感的自由基對（radical pairs）；在磁場作用下，CRY4就會被“激活”，而激活的CRY4越多，也就促使歐洲知更鳥開始隨著磁場轉(zhuǎn)變飛行方向。

但是，這其中仍然包含了眾多的疑問：人類也有CRY4，為什么不能感知磁場？鮭魚、海龜、狗等動物都有磁感應(yīng)，那么它們的機(jī)制一樣嗎？亟需科學(xué)家解答的問題還有很多很多，磁感應(yīng)的謎團(tuán)還遠(yuǎn)沒有完全解開。

不過對于第一個疑問，現(xiàn)在也算是有了一些眉目：研究者讓人們坐在一個密閉的磁場變化的房間里，同時監(jiān)測了他們的腦電波。結(jié)果發(fā)現(xiàn)磁場變化時，腦電波也出現(xiàn)了一定的變化——這種變化和我們對外界感知，比如視覺、嗅覺、聽覺的反應(yīng)很類似。

這也暗示了人類可能有磁感應(yīng)的能力，只是我們的感知太弱，難以察覺。

也許在不久的將來，我們就可以更全面地揭示磁感應(yīng)的原理，說不定手機(jī)的“xx導(dǎo)航”都可能用不上了呢？

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