动物可以通过星光导航,这就是我们所知道的。

VOX · 企业 · 06月24日
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"不, 布莱恩 。不,不。 "

我曾问过康奈尔大学神经生物学和行为学荣誉教授斯蒂芬 ·埃伦(Emlen),在我看来,一个显而易见的问题是: 20世纪60年代和70年代,当他把鸟带到天文馆时,它们有没有在里面捣乱过?

"天文馆里没有粪便, "埃伦向我保证。

我打电话给埃姆伦的目的不是谈论粪便,而是一系列捕捉我想象力的实验。他在晚上把候鸟带到天文馆,把星星打开和关闭,仿佛把它们从鸟的大脑的宇宙中抹去。

通过这些实验,埃姆伦拼凑了当时的一个谜:鸟类如何知道哪条路,即使在没有太阳引导的黑暗中飞行。

我们对动物迁徙-它们去哪里、为什么去,以及它们如何利用大脑到达那里-知之甚少。鹳从欧洲迁徙到非洲,它们不仅知道迁徙路线,还能发现蝗虫群(在人类发现蝗虫群之前)在沙漠中觅食。鲸鱼在穿越海洋的旅程中似乎受到太阳风暴的影响-但没有人知道鲸生理学的哪个部分允许它们感知磁场。

这些动物如何从A点到B点可能是神秘的-随着我们发现每一个新的航行壮举,它们会变得更加神秘。 "我们只是不知道动物运动的基本原理, "科学作家索尼娅·沙阿(Sonia Shah)在Vox最新一期关于科学中尚未解答的问题的无法解释的播客中说。

我们从Emlen的巧妙实验中得到的信息很少,这些实验表明动物大脑能够理解和了解自然界。

当我们继续改变我们的星球时,这些信息应该让我们暂停。随着人类人为地照亮天空,随着我们将更多的卫星发射到甚至比恒星还要亮的轨道上,我们可能正在处理无数生物的认知罗盘。

鸟类...在天文馆里?

北美的靛蓝鹀。

教育图片/环球图片集团via Getty Images

埃姆伦的实验读起来就像一个科学上好奇的小孩子的梦想。当他在密歇根大学(University of Michigan)读研究生时,埃姆伦获得了密歇根州弗林特的长路天文馆(Longway Planetarium)的钥匙,在那里他可以在晚上自由统治。

"导演在10 : 30关闭了天文馆,他们给了我钥匙, "埃姆伦回忆说。 "我变成了夜行动物。 "在那里进行的实验之间,后来在康奈尔大学(Cornell University),他拼凑了一个关于鸟类如何导航的理论。

当埃姆伦开始他的工作时,有些事情已经为人所知。来自德国的一对夫妇埃德加·古斯塔夫·弗朗茨·绍尔(Edgar Gustav Franz Sauer)和埃洛诺·绍尔(Eleonore Sauer)在十年前就已经开始工作了。候鸟有时在一个季节飞行数千英里,它们指望星星来获得方向感。

蜥脚类将鸟类安置在室外的竞技场上,在那里,他们唯一能看到的就是夜空。在天空的指引下,这些鸟类试图朝着它们预期的迁徙方向飞行。在多云的夜晚,它们不会这样做。蜥脚类在德国的天文馆重复了这个实验,它也在那里工作。这令人惊讶:鸟类可以利用它们在天空中发现的信息-甚至是人造的夜空复制品-来导航。

但仍有一些问题没有答案。这些鸟儿在夜空中看到了什么,它们是如何找到正确的方法的?

有几个假设。一些人认为,这些鸟正在使用一种内部时钟来定位恒星。恒星在夜间改变它们的位置,当从北半球观察时,它们似乎围绕静止的北星北极星旋转。也许它们天生就有北极星感,并知道恒星在给定的时刻应该在哪里。(同样,人类知道,在日落时,他们可以通过向西看找到太阳。)

埃姆伦不确定这是真的。所以他开始寻找-在天文馆的帮助下,在他父亲(也是生物学家)的帮助下,他发明了一个北美靛蓝兔子和一个特殊的笼子。

鸟笼呈漏斗状,鸟笼-一种美丽的、麻雀大小的鸣禽,夜间迁徙-被放置在漏斗的狭窄底部。下面的设计说明了这一点,它确保鸟类只能看到它们上方的东西(即"天空")。

由斯蒂芬 Emlen提供

这些漏斗的上部被纸覆盖,笼子的底部- "只是铝布丁平底锅, "埃姆伦说-有一个墨水垫,把鸟的脚变成印章。 利特尔的脚印会出现在鸟试图飞到漏斗的任何一侧。漏斗的顶部覆盖着有机玻璃或金属丝网,所以鸟不会出来-因此,天文馆里没有粪便。

在天文馆里,埃姆伦可以修补宇宙。他一开始把星星设定为与实际不同的时间,扔掉鸟类的生物钟。然而,鸟类仍然会在迁徙的正确方向上定位自己。 "他们没有使用时钟, "埃姆伦说。

所以,无论晚上什么时候,鸟儿都可以自己定位,这意味着它们专注于夜空的其他方面。但是,什么呢?

埃姆伦开始了一个艰苦的淘汰过程。正如他描述的那样,他"攻击"了昂贵的天文馆投影仪,系统地遮住了某些恒星。 "让我挡住北斗七星, "他回忆说。 "让我挡住卡西奥皮亚。 "无论宇宙中遗漏了哪些星座,这些鸟仍然可以自我定位。

1966年在弗林特密歇根的天文馆,设有漏斗笼供使用。

由斯蒂芬 Emlen提供

"我不能把它与任何特定的恒星模式联系起来, "他说。 "我不得不在北极星35度左右的范围内屏蔽几乎所有的东西。当这种情况发生时,鸟类的行为就好像它们是无知的。 "

这些无头无脑的鸟是埃姆伦的一大线索。他当时知道方向与北极星周围的区域有关,但并不依赖于周围的任何特定恒星。

也许是天空中的那个地方根本没有旋转。

进一步雄心勃勃的实验将证明这一假设是正确的。这一次,埃姆伦不仅把鸟带到了天文馆-他把其中一些鸟放在了一个天文馆里。他再次改变了天文馆的投影仪,不是通过屏蔽恒星,而是通过改变地球的轴。他选择了一个新的静止的"北星" -贝格尔格斯-让他的小鸡观察。

值得注意的是,在这变化的天空下升起的鸟,当它们准备迁徙的时候,就会朝向中间的方向,因为这是一个固定的点。

长时间的镜头曝光显示,北半球天空中的所有恒星都围绕着北极星旋转。

Chunumunu / Getty Images

埃姆伦说,实验表明,这些鸟在夜间导航时并不是靠天生的星图,而是通过"密切关注天空的运动。它们天生就关注某些东西,然后这些东西就有了意义。 "

埃姆伦仍然不确定这些鸟在从恒星的运动中了解到北斗七星的位置后,是否会寻找某种星座来指向北方。我们人类经常使用北斗七星来寻找北方。

"不同的鸟类可能使用不同的恒星配置, "曾在鸟类导航方面进行过类似实验的德国行为生态学家罗斯维萨·威尔奇科(Roswitha Wiltschko)说。 "显然,它们之间存在一些个体差异。这是我们还不知道细节的定向的一部分。 "

有多少动物看星星?

在这些实验之后的几十年里,鸟类学家对鸟类的航行方式有了更多的了解。他们不仅使用恒星指南针-他们还使用磁指南针、太阳指南针,甚至是气味比较。它非常复杂。 "所有这些东西都是混合在一起的, "埃姆伦说,科学家们仍然不确定这些不同的导航系统是如何一起工作的。(他们特别不确定动物是如何使用这些输入来告知他们的心理地图他们要去哪里的。)

科学家们没有准确地说明有多少种不同的鸟类通过星光导航,但专家们怀疑这是一个巨大的数字。更广泛地说,生物学家不知道还有多少其他物种通过星光导航。根据过去几年的发现,这种能力已经出现在令人惊讶的地方。

想想粪甲虫,它的名字来自它最喜欢的食物,即嗯,排泄物。

这些生物的视野非常有限,但实际上可以在黑暗的夜空中看到银河系。南非生活着一种特殊的粪便甲虫,它负责清除粪便,并将其滚到远离水源的球中,以保护其食物。

这听起来很简单。 "但首先,你必须记住,这个球通常比甲虫本身还要大, " 詹姆斯福斯特说。他在维尔茨堡大学(University ä t W ü rzburg)研究粪甲虫。 "所以,坚持这样做是相当有挑战性的。 "

一只戴帽子的粪甲虫。

当代生物学

这里有一个惊人的部分: "他们真的不会迷路,除非你给他们盖一顶小帽子,把帽子戴在他们头上, "福斯特说。 "他们不能只是环顾四周,弄清楚他们要去哪里。他们真的需要能够看到天空。 "

和埃姆伦一样,福斯特的同事们把甲虫带到天文馆,并开始系统性地开关恒星。他们发现,在有月亮的夜晚,甲虫用它来定位自己。但如果没有月亮, "如果你关掉所有其他东西,打开银河系,它们就会再次定向。所以,这就是为什么我们认为它们在使用银河系。 "

这是相当惊人的事情。来自数万光年之外的星光,仍然有足够的力量在这只低矮的粪甲虫有限的眼睛里刺激神经系统,帮助它知道该去哪里。

当甲虫仰望银河系时,它可能会看到什么?不多。甲虫的视角大约是4度宽。一个视角大约是你手臂上的缩略图大小。这张图片是银河系的4度视图。它是模煳的,但你仍然可以看出它的标志性特征。

皇家学会

但这个古老的导航系统也受到城市灯的威胁。福斯特说: "人造光......可以完全掩盖动物们正在寻找的东西。 "如果你把粪甲虫放在约翰内斯堡市中心的一座建筑物的屋顶上,它们就会完全消失。它太亮了,他们无法看到银河系,这就是他们需要的东西。 "

福斯特不确定地球上有多少动物可以用星星来定位自己-没有人可以-但他怀疑这可能比现在更常见。海豹、蛾,当然还有人类已经被证明使用了星星。但这也是为什么改变夜空-用电灯和明亮的近地卫星照亮星星-可能会继续破坏无数生物的导航。

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最近,埃姆伦在夜空中看到了一些令人惊讶的东西。他说: "这些主要气泡从天空中流过,每个气泡都比天空中最明亮的行星更强烈。 "

他说, Blobs是SpaceX卫星,最近发射该卫星是为了从低地球轨道向偏远地区提供互联网。未来,这些明亮的物体可能会发射到晚上。他说: "我确实认为,这将彻底摧毁晚上在那里的鸟类。 "

我们确实知道鸟类可以适应一些东西。地球的轴实际上略有摆动,这意味着北极星不会永远成为北极星。事实上,在大约1.3万年后,织女星将占据这个位置。我们从天文馆的北极星中知道,鸟类将学会发现它。埃姆伦说,他们将关注恒星的变化, "并锁定任何可行的东西。 "

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