動物導航

張景陽

一則新聞曾引發眾多網友關注：內蒙古巴彥淖爾市烏拉特草原上的一只駱駝去年被賣到了百公里之外的一戶牧民家，時隔近一年，這只駱駝獨自穿越圍欄、公路，走了百公里路程，又回到了原主人的家中。內蒙古生物技術研究院特聘高級工程師張志剛告訴記者：“馬和駱駝等動物能夠找到回家的路，很大程度上是靠嗅覺、視覺和記憶力。”

據專家介紹，長期生活的環境中所包含的氣味、聲音和畫面等，都會在動物的腦海中留下印象，動物會將從外界獲取的信息與腦海中的信息進行對比，并在兩種信息不斷接近的過程中尋找歸途。

不過，這頭駱駝的導航能力在動物界只能算是初級水平，一些動物導航的精準度和效率，不亞于現代先進的導航技術。但是動物沒有指南針，也沒有GPS，它們是如何在或近或遠的路程中保持正確方向，并最終到達目的地的呢？

研究人員通過長期的雷達追蹤實驗，發現蝙蝠可以在大腦中繪制一座城市的“認知地圖”并以此導航。在尋找食物時，它們很少隨機亂轉，而是直奔目標，并且還能夠找出更便捷的路線來“抄近路”。

本領卓越源于能力特殊

有研究證實，很多導航能力卓越的動物都具有某些特殊的能力，如偏振光視力、空間記憶力和磁感知能力等。

早在1949年，奧地利動物學家卡爾·馮·弗里士發現，蜻蜓、蜣螂等許多昆蟲具備超越人類的偏振光識別能力。據了解，光在大氣的傳播過程中會形成少量偏振光，且偏振光波的分布具有空間分布的穩定性，這些偏振光就像是畫在天空中的地圖。復眼是昆蟲的主要視覺器官，通常在昆蟲的頭部占有突出的位置。在一些昆蟲的復眼上，有一部分小眼專門負責探測偏振光。這些小眼通常位于復眼靠近背部一側的邊緣區域，其顏色和形狀與其他小眼有著明顯差異，在這些小眼上還排列著兩組或者三組垂直的微絨毛，正是這些微絨毛上的視色素顆粒幫助昆蟲捕捉到了偏振光，進而幫助它們進行導航。

蝙蝠利用聲波避障的能力廣為人知，但很少有人知道，蝙蝠也是導航的高手。來自希伯來大學和特拉維夫大學的科學家發現，蝙蝠在大尺度的地理位置上進行導航時，能夠表現出非凡的空間記憶力，這種能力在一定程度上已經接近了人類。研究人員通過長期的雷達追蹤實驗，發現蝙蝠可以在大腦中繪制一座城市的“認知地圖”并以此導航。在尋找食物時，它們很少隨機亂轉，而是直奔目標，并且還能夠找出更便捷的路線來“抄近路”。

此外，科學家目前還發現了約50種動物（包括哺乳動物、鳥類、兩棲動物、爬行動物、魚類、昆蟲）具備利用地球磁場為自己的活動進行導航的化學感知能力。美國加州理工學院的學者沃克·迪貝爾曾發現，在虹鱒魚的三叉神經處能夠觀察到磁刺激相關的神經電反應，并且虹鱒魚的嗅上皮細胞可隨著磁場的旋轉而旋轉。由此，沃克·迪貝爾推斷，該部位所分布的大量含鐵細胞或許是與磁感應相關的神經元。

事實上，動物感知地磁場的方式復雜多樣，比如來自瑞典隆德大學的科學家測試了斑胸草雀體內的蛋白質后發現，這種鳥類的眼睛里含有一種特殊的蛋白質，能夠起到磁感受器的作用，讓斑胸草雀能夠“看到”地磁場。

不僅認路還會計算路程

張志剛介紹：“生理結構的獨特性，是動物具備卓越導航能力的基礎條件。更神奇的是，一些動物甚至掌握了特殊的路線計算方法。”

據了解，螞蟻的眼睛里也有對偏振光敏感的光感受器。法國生物機器人專家斯特凡·維奧萊表示，在利用偏振光進行導航的過程中，螞蟻首先會利用這些光線確定方向，然后計算出返回起點的最直接路徑。例如，螞蟻向北移動一段距離，然后又向東移動兩倍距離，如果它想回到起始位置，那么它就會向西南方向行進。無論螞蟻尋找覓食地的路徑多么曲折，當它返回巢穴的時候，幾乎都是沿直線返回。

昆蟲可以通過估算自己走過路線的方向和距離，判斷自己與起始位置的相對位移，這種方法叫作路徑積累。動物學家發現，蜜蜂不僅掌握了路徑積累的方法，還能將路徑信息準確地傳達給同伴。

奧地利動物學家卡爾·馮·弗里士通過實驗發現，當一只工蜂滿載花蜜返回蜂箱時，它來回搖晃地舞蹈，如果花蜜的位置與蜂巢的距離在50米之內，那么工蜂就會跳圓舞，一旦花蜜位置距離蜂巢超過50米，它就會跳起一種“8”字舞，在跳到“8”字交界處時，它會以每秒13次的頻率快速抖動身體，發出嗡嗡聲，同時左右擺動，每擺動一次表示大約50米的距離。而且，工蜂搖擺的方向還能表示花蜜的方位，搖擺的平均角度則表示采集地點與太陽位置的角度。

但有學者表示，這種路徑積累方法只能估算相對于起始點的位移確定自身的位置，既然是估算，就會有誤差。多次的估算誤差會累積，因此螞蟻、蜜蜂等動物所掌握的路徑計算方法只適用于短距離旅程，而不適用于長距離旅程。

動物導航也會看“路標”

就像我們人類導航會看路標一樣，自然界中，很多動物導航也需要借助一些參照物。對于不同的動物而言，其選取的參照物各有不同，但相同的是動物所選取的參照物往往取決于其生活的環境，并且這些參照物的選取便于操作。

例如，剛孵化出來的小海龜需要立即游進大海來躲避天敵的侵害，它們能夠以光線來辨別海面和海岸，只要海岸上沒有燈光，光線明亮處一定是大海。一旦進入海中，海龜又會切換到以海浪的方向為參照物，海浪撲來的方向才是大海深處。

鳥類是偏向以天體作為參照物的典型代表，這是因為鳥類的眼睛長在頭部的兩側，這使它們能夠同時看到頭部兩側的區域，有利于實時觀察太陽、月亮、星辰等天體的運動。當太陽落山后，又一重要“路標”——北極星就會出現。北極星在天空中提供了一個穩定的參考點，其他星座都會沿著這個參考點旋轉。夜間遷飛的鳥類并不見得能認出北極星，但它們能夠知道星座旋轉的中心是正北方，從而準確判斷出飛行的方位。

北美洲常見的一種鳥類靛藍彩鹀有著冬季向南方遷徙的習性，而且它們更喜歡在晚上飛行。1967年冬天，美國密歇根州的研究人員隨機捕獲了幾只遷徙途中的靛藍彩鹀，并把它們帶到了一個天文館里。在天文館中有模擬自然夜空的裝置，當模擬的星座按照自然規律圍繞北極星轉動時，這些靛藍彩鹀就會試圖向南面跳躍。

當研究人員移除了北極星附近35度范圍內的星座時，這些靛藍彩鹀就突然失去了方向感。對此，研究人員表示，單個星體對這些鳥類來說不重要，重要的是看到一定距離范圍內的星座圍繞北極星轉動的過程，這能幫助它們在茫茫夜空中確定南北的方向。

◎ 來源|科技日報