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动物认路靠什么

2020-11-05

发明与创新 2020年37期
关键词:罗盘偏振光花蜜

前段时间,一则新闻引发网友关注:内蒙古巴彦淖尔市乌拉特草原上的一只骆驼于2019年被卖到了百公里之外的一户牧民家,时隔近一年,这只骆驼穿越围栏、公路,走了百公里路程,又回到了原主人的家中。

对此,有专家介绍,骆驼等动物能找到回家的路,很大程度上是靠嗅觉、视觉和记忆力。不过,这头骆驼的导航能力在动物界只能算是初级水平,一些动物导航的精准度和效率,不亚于现代先进的导航技术。令我们好奇的是,动物没有指南针,也没有导航,它们是怎样认路的呢?

图/东方IC

太阳是重要的罗盘

动物运动不迷路有一个基本法则,即视觉,而视觉参照的自然罗盘就是太阳或日光。之所以以太阳为普遍的导航罗盘是因为太阳对于生物和人类的生存至关重要。作物生长需要太阳光线和适应四季,动物同样通过自己的感官感知日照的周期性,并与自己的迁徙和生殖周期挂钩。

《自然罗盘:动物导航之谜》一书中,提及动物导航有6种策略,即趋向性、罗盘定位、矢量导航、地标领航、内在导航、真实导航。而这6大导航本领都与太阳和阳光有或多或少的直接或间接联系。趋向性导航中最明显和普遍的形式就是趋光性;罗盘定位就是将太阳作为主要参照信息;矢量导航则是以太阳为罗盘在每一段航程中定向;地标领航是将太阳作为必要的第三地标;内在导航也是利用太阳来确定每一程的方向;真实导航则以太阳为基本罗盘,与全球地图共同作用实现导航。

但是,动物仅靠视觉和阳光,包括月光、极光等来导航并不能百分之百地找到正确的方向,这就需要它们利用其他的导航能力来参与导航,除了以感应磁场、利用云层和地标等来辨识方向外,动物还会利用偏振光来导航,昆虫较为擅长此道,这是人类所缺少的本领。

蜣螂(屎壳郎)就是靠偏振光来辨识方向的,无论在夜晚还是白天。看过蜣螂推粪球的都知道,蜣螂是倒爬着用其前腿发力、后腿拱着粪球前进,由于它们是倒退的,看不到前方的路和方向,就需要超凡的辨识方向的能力。

一个实验说明了这一点。在月色充盈的夜晚采用一片偏振光滤镜以挡住月球,这些甲虫就会调整自己行动的方向。转动滤镜后,它们也会随之大致调整自己的方向。事实上,它们还会忽略月光而直接把注意力集中到偏振光上以辨别方向。

说到底,偏振光也是对太阳这个自然罗盘的借鉴才产生的,因此太阳是动物导航极为重要的自然罗盘。

不仅认路还会计算路程

内蒙古生物技术研究院特聘高级工程师张志刚介绍:“生理结构的独特性,是动物具备卓越导航能力的基础条件。更神奇的是,一些动物甚至掌握了特殊的路线计算方法。”

据了解,蚂蚁的眼睛里也有对偏振光敏感的光感受器。法国生物机器人专家斯特凡·维奥莱表示,在利用偏振光进行导航的过程中,蚂蚁首先会利用这些光线确定方向,然后计算出返回起点的最直接路径。例如,蚂蚁向北移动一段距离,然后又向东移动两倍距离,如果它想回到起始位置,那么它就会向西南方向行进。无论蚂蚁寻找觅食地的路径多么曲折,当它返回巢穴的时候,几乎都是沿直线返回。

昆虫可以通过估算自己走过路线的方向和距离,判断自己与起始位置的相对位移,这种方法叫作路径积累。动物学家发现,蜜蜂不仅掌握了路径积累的方法,还能将路径信息准确地传达给同伴。

奥地利动物学家卡尔·冯·弗里士通过实验发现,当一只工蜂满载花蜜返回蜂箱时,它来回摇晃地舞蹈,如果花蜜的位置与蜂巢的距离在50米之内,那么工蜂就会跳圆舞,一旦花蜜位置距离蜂巢超过50米,它就会跳起一种“8”字舞,在跳到“8”字交界处时,它会以每秒13次的频率快速抖动身体,发出嗡嗡声,同时左右摆动,每摆动一次表示大约50米的距离。而且,工蜂摇摆的方向还能表示花蜜的方位,摇摆的平均角度则表示采集地点与太阳位置的角度。

但有学者表示,这种路径积累方法只能估算相对于起始点的位移确定自身的位置,既然是估算,就会有误差。多次的估算误差会累积,因此蚂蚁、蜜蜂等动物所掌握的路径计算方法只适用于短距离旅程,而不适用于长距离旅程。

动物导航还会看“路标”

在自然界中,很多动物导航也需要借助一些参照物,就像我们记住从学校到家的路一样——在那棵松树下的蓝房子前右转,再走3个路口,过了锈迹斑斑的邮筒,家就在那儿。有人将这种认路本领称之为“灯塔”方式。

事实上,“灯塔”是一个抽象和比喻的说法,它是指动物利用环境和标记来辨别方向,如空气、河水与海水的区别、潮汐的方向、光线的强弱,再结合大脑对磁场的感应等来导航。

刚孵化出来的小海龟可谓综合运用“灯塔”辨别方向的典范。刚孵化出来的小海龟需要立即游进大海来躲避天敌的侵害,它们能够以光线来辨别海面和海岸,只要海岸上没有灯光,光线明亮处一定是大海。一旦进入大海,海龟又会切换到以海浪的方向为参照物,海浪扑来的方向才是大海深处。

鸟类是偏向以天体作为参照物的典型代表,这是因为鸟类的眼睛长在头部的两侧,这使它们能够同时看到头部两侧的区域,有利于实时观察太阳、月亮、星辰等天体的运动。当太阳落山后,又一重要“路标”——北极星就会出现。北极星在天空中提供了一个稳定的参考点,其他星座都会沿着这个参考点旋转。夜间迁飞的鸟类并不见得能认出北极星,但它们知道星座旋转的中心是正北方,从而准确判断出飞行的方位。

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