动物如何找到迁徙路线？

动物如何找到迁徙路线？

曹彦珍 蔡晟 刘叶静 沈思涵 李然

全世界约有1万种鸟，其中近4000种有迁徙行为。每逢迁徙季，它们会沿着全球9条主要迁徙路线展翅飞翔，其中4条穿过我国境内。许多鸟会经过中国，飞往菲律宾、澳大利亚等地。为什么这些生灵要不远万里，踏上这漫漫长路？它们靠什么来定向导航？连续的长途飞行累不累、会不会打盹？数十年来，科学家们一直在探讨并试图解答这些问题。

不同鸟类拥有各自独特的迁徙策略和飞行距离。其中，北极燕鸥的迁徙距离最长，它们回家一趟需要飞行40000公里，相当于绕赤道上走一圈。这么长的距离，即便是乘坐飞机，估计也需要50小时。还有些候鸟不仅飞得远，还能飞得极高。例如，斑头雁不到一天就能穿越青藏高原，爬升速度达到每小时2.2千米，相当于4个小时从海平面升到珠穆朗玛峰的顶峰。这种强大的身体机能令人叹为观止！

不仅如此，迁徙动物还具备惊人的超级记忆力。绿海龟是世界上最大的海龟，它们可活到40~50岁才完全成熟。当它们准备迁徙时，会逆着洋流前行，甚至能够完成持续数周的艰险旅程。不论这些海龟在何处觅食，最终都会回到自己的出生地交配和产卵。孵化后的小海龟会牢牢记住自己的出生地，数年后再次回到那里，产下下一代。那么，这些海龟是如何在广阔的海洋中准确地找到产卵地的呢？这一记忆力也一直是科学家们不断探究的谜题。

动物如何开辟迁徙路线

对于现代人类来讲，确定出行路线似乎轻而易举，只需要再APP上输入出发地和目的地，利用卫星的导航软件便可生成路线图。但对于迁徙动物来说，要跨越成千上万公历的路程，它们是怎么规划路线的呢？同时，我们在旅行时通常会选择最短时间和最便捷的路线。那么动物在选择迁徙路线时，是否也在考虑类似的最佳策略呢？这个问题需要我们深入回顾漫长的进化历程，甚至将其置于气候变化和地质演化背景下才能全面讨论。

例如，有学者认为迁徙路线的起源，源自低纬度的南方热带森林，因动物数量剧增造成食物短缺，这迫使一些动物在夏季临近时，沿着北方冰川退却的方向迁徙以寻找食物，这就是“南方起源”假说。也有学者认为，迁徙路线的发起，位于高纬度地区，因为第四季冰川逐渐向南侵袭，迫使动物向着温暖的南方迁徙，这就是“北方起源”假说。尽管迁徙路线的起点是南方还是北方存在争议，但我们可以清晰地看到，迁徙路线的形成和冰川消退的路径密切相关，这也是研究动物迁徙路线演化历程时的一个重要因素。

后代动物如何导航前往目的地

了解了祖上动物是如何开辟迁徙路线的，我们不禁思考，这个迁徙路线是如何 “代代相传”的，以便后代动物能大致遵循祖辈的轨迹到达迁徙目的地的呢？与此同时，迁徙的旅途这么遥远，动物是否会迷路或者偏离航线？它们是否也拥有一种导航工具来指引路程呢？

在我们深入讨论这些话题之前，让我们首先想象一下，如果我们在野外迷路了，没有现代科技的帮助，我们将如何使用最原始的方法来确定方向？许多人可能会想到利用自然景物来辨别方向。例如，白天的太阳从东边升起，西边落下，这提供了一个强有力的方向参考。而夜晚，北极星、北斗七星等标志性星体也可用于导航。那么，迁徙动物在前往目的地时，是否也会依靠视觉标志物来进行导航呢？

目前的研究表明，许多动物能利用太阳方位角、星辰等天文现象来确定迁徙的方向。对于太阳罗盘而言，不仅太阳的位置重要，还有光强度的差异、阴影的长度和方向，甚至偏振模式、光谱梯度等，都可能给动物提供导航信息。但除了视觉，动物可能还利用听觉和嗅觉来进行导航。例如，一些研究表明鸟类具有高度敏感的嗅觉，可以通过识别空气中的气味和浓度来导航。还有研究发现，家鸽可能通过感受次声波强弱，实现归巢定向。

然而，通过生物感官机制导航可能存在不准确性和个体差异。迁徙动物在面对多种自然环境挑战时，如恶劣天气，可能导致视觉、听觉和嗅觉导航失效。那么，视觉、听觉和嗅觉导航都不能很好发挥作用时，迁徙动物就找不到路了吗？另外，对于动物导航，不仅要求普适性强，还要求精确度高，毕竟以候鸟成千上万里的迁徙旅途看，哪怕导航的方向误差很小，但经过如此长距离的路程的放大，也会使鸟类偏离目的地很远。也就是说，动物是否需要一种通用且高精度的导航工具，以应对各种环境条件呢？类似于人类外出携带指南针的情况，在极端天气和恶劣环境下，许多电子产品可能会失效，但指南针仍然可靠。其实，地球磁场就是一个稳定良好的方向指引器。

以鸽子为例，科学家在鸽子的喙部发现了富铁微粒，这可能与磁导航能力有关；在其体内还发现了一种名为隐青花色素Cryptochrome（简称Cry）的蛋白质，这是一种蓝光受体蛋白，所以光可能也对动物的磁导航能力有影响；而最新的研究中，科学家们揭示了一种新的铁硫蛋白（MagR），它的形状确定为小磁棒形，并在地球微弱磁场下呈微弱有序状排列。这个发现为解释生物的磁导航提供了新的理论基础，同时也引发了对动物如何感知磁场以及将这些信息传递给神经系统的问题的研究。

虽然对于磁导航的研究正在不断深入，但我们已经取得了一些重要的进展，为我们理解迁徙动物如何找到迁徙路线提供了有益的线索。这个领域的研究将继续挖掘生物体内的基因或结构秘密，以解开迁徙生物导航之谜。希望这些发现能够激发更多的研究兴趣，以揭示生物在长途迁徙中的不可思议导航策略。

然而，迁徙生物的导航之谜远不止这些，还存在更多值得探讨的角度。例如，我们已经深入讨论了迁徙动物如何找到方向，但这一过程的前提是要有正确的路线图存在于动物的脑海中。那么，迁徙动物是如何获取这张路线图的呢？是“生而知之”， 从基因中继承而来，还是“学而知之”，靠后天的学习获得呢？

研究生物迁徙路线的意义

当我们探讨动物界令人震撼的迁徙之时，或许可以将镜头转向人类社会，发现“春运”也是一种独特的迁徙？人类同样是地球上“运动中的生命”的一部分，从远古人类的全球迁徙，到现代城市化带来的最大规模人口流动，我们与动物有着共同的目标——为了更好的生存。

我们往往好奇，生物为何迁徙？如何迁徙？当然也有人会说：“研究生物迁徙是自古而来自发产生的，研究这个毫无意义。”其实不然，世间万物息息相关。深入研究生物迁徙行为，不仅可以为生物保护与管理提供重要的参考和指导，还有助于我们更好地理解生态系统中的相互作用，自然界没有任何一个物种能够独立存在。

研究生物迁徙路线可以帮助我们理解气候变化。由于迁徙动物通常依赖季节性的气候变化来调整迁徙时间和路线，因此通过研究它们的迁徙行为，我们可以预测季节性气候的变化。在古代，人们在没有现代仪器的情况下，常常依靠这些“生物雷达”来预测气候和季节。此外，这些研究还对生物医学和人类健康提供重要信息，有助于预防许多疾病的传播和流行。例如，候鸟和昆虫可能在迁徙过程中传播病原体，因此研究鸟类迁徙，也有助于预防类似禽流感等人兽共患病的传播。

最后，再次强调的是，在解开迁徙生物的导航之谜的道路上，我们远未探尽所有可能性，这个领域依然充满了未知和待解答的问题。因此，让我们保持好奇心，继续关注科学家们的研究，以期更深入地理解这些令人着迷的生物导航策略。而对于那些疑问，也让它们激励我们去思考、去追求答案。

参考文献：

[1]徐晶,徐鸿洋,刘春霞等.动物季节性迁徙研究进展[J].野生动物学报,2022,43(01):270-277.DOI:10.19711/j.cnki.issn2310-1490.2022.01.033.

[2]熊鹰, 蔡天龙, 雷富民. 迁徙鸟类如何发现其迁移路线?[J]. 科学通报, 2017, 62(12): 1204-1213.

[3]徐建鹏, 郭猛. 不完全的海龟生活史[J].海洋世界, 2009(02): 15-31.

[4]曾维倩.磁受体蛋白MagR的发现和动物迁徙导航的分子机理[J].科技导报,2016,34(13):67-69.

[5]Qin S Yin H, Yang C,et al. A magnetic protein biocompass[J]Nature materials,2016，15(2): 217-226

[6]Gu Z, Pan S, Lin Z, et al. Ganusevich S, Sokolov V, Sokolov A, Pokrovsky I, Ji F, Bruford MW, Dixon A, Zhan X. Climate-driven flyway changes and memory-based long-distance migration[J]. Nature. 2021;591(7849):259-264.

文章由科普中国-创作培育计划出品，转载请注明来源。

作者：上海科普作协 曹彦珍 蔡晟 刘叶静 沈思涵 李然科普作者

审核：中国科学院动物研究所 研究员黄乘明

来源: 星空计划