鴿子如何感知地球磁場？科學家稱已找到答案

但這些動物究竟是怎麼感知到地球磁力的牽引，數十年來始終是生物學最大的謎團之一。

如今，德國的科學團隊在《科學》（Science）期刊上發表的新研究宣稱，他們終於找到了家鴿體內羅盤的所在──它不在眼睛、不在耳朵，也不在喙部，而是令人意外地，似乎嵌藏於肝臟中的免疫細胞內。

「磁覺這個謎困擾了科學界一世紀之久，沒有人解得開它究竟位在哪裡、又是怎麼運作的。」德國馬克斯．普朗克動物行為研究所（Max Planck Institute of Animal Behavior）所長暨國家地理學會探險家，同時也是此次研究作者之一的馬丁．維凱爾斯基（Martin Wikelski）說：「而現在，我們認為自己真的找到了一個說得通的答案。」

地球的隱形磁力毯

在地底深處，翻騰著一片由液態鐵和鎳構成的怒海驚濤。這些熔融金屬不停流動，把地球變成一塊巨大的磁鐵；磁場一路延伸到外太空，守護著下方所有或飛行或悠游的生物，免於危險的宇宙輻射。

至少自19世紀以來，動物學家就懷疑鳥類的導航能力，有一部分得歸功於地球的磁性。在1960年代的一系列實驗也顯示了，圈養的知更鳥會隨著人造磁場改變動作方向。

此後，能感應磁場的動物名單愈來愈長，鯊魚、鮭魚和其他許多生物都榜上有名。但科學家對這種被稱爲「磁覺」（magnetoreception）的神秘感知背後的機制，卻是長年一無所悉。

科學家素來懷疑鳥類的導航能力有部分仰賴地球磁性。 Charlie Hamilton James, National Geographic Image Collection

並未參與這項研究的加州大學爾灣分校生物物理學家索斯騰．里茨（Thorsten Ritz）表示，與必須靠近身體表面以接收光線和聲音的眼睛與耳朵不同，地球磁場「會完全穿透動物的身體」，因此理論上，感知地球磁力牽引的器官可以存在於身體任何地方。多年來，科學界不乏各種證據唇槍舌戰：鳥類究竟是靠眼睛裡的化合物、喙部裡的微粒，還是內耳裡的液體，來偵測地球磁場？

維凱爾斯基是在十多年前一場研討會的中場休息茶會上，巧遇了免疫學家克里斯蒂安．庫爾茨（Christian Kurts），才踏上這趟旅程的。當時維凱爾斯基正在研究鳥類遷徙，庫爾茨則在研究「巨噬細胞」（macrophage）這種會吞食老舊的紅血球、累積鐵質，因而對磁場變得敏感的免疫細胞。「我們當下靈光乍現。」庫爾茨說：「心想或許可以測試看看，這些細胞是不是也參了一腳。」

找到回家的路

研究團隊逐一檢查了鴿子的眼睛、喙、腦、脾臟和肝臟，結果在肝臟組織裡發現大量富含鐵質的巨噬細胞。這些免疫細胞緊緊依偎在神經纖維旁。

「這項發現大大提高了神經細胞與巨噬細胞之間存在訊息交流的可能性。」主導此次研究的波昂大學（University of Bonn）免疫學家克利維亞．利索夫斯基（Clivia Lisowski）說道。

為了確認肝臟的巨噬細胞是否真的有助於鳥類導航，研究團隊訓練了34隻鴿子進行一系列實驗，不只要沿著阿爾卑斯山邊緣飛越德國鄉間全長12英里（約 19 公里）的航線，一路上還要閃避老鷹和遊隼。

「只要經過訓練，牠們就能表現得完美無缺。」維凱爾斯基說：「牠們能閃過所有對手， 像是背後有魔鬼在追趕般飛回家。」

但是，當巨噬細胞被移除後，鴿子在陰天便無法順利飛回家。直到雲層散去、太陽重新露臉，這些巨噬細胞失去作用的鴿子，才能順利飛回家。

這些結果顯示，鳥類會同時運用視覺和磁場兩種線索，整合來自上方照耀的陽光、下方脈動的磁場來尋找方向。而當太陽被遮住時，鴿子似乎就會大幅倚賴體內的羅盤來導航。

但研究人員也坦承，他們提出的這套磁覺機制還有許多細節有待釐清。好比說巨噬細胞內部究竟發生了什麼，讓它們能辨析地球磁場？是哪些神經把訊號傳到鳥的腦不？又是大腦的哪些部位負責處理這些資訊？

「這條論述鏈上還有許多缺口，未來我們每填補一小塊，當然都能進一步證實這些發現的可信。」庫爾茨說。

研究團隊也想釐清，是否還有其他動物也把免疫系統當成羅盤；又或者，生命其實演化出了不只一種解讀地球磁性的方法。

儘管未參與此次研究，但曾以研究指出鳴禽是靠眼睛裡的磁敏感分子，去「看見」地球那原本看不見的磁場外殼的里茨也表示，這套巨噬細胞機制是說得通的。

「一隻動物能在演化中佔上風，幾乎總是有不只一種解法。」里茨說：「比起急著分出贏家和輸家，我更傾向保持開放的心態。所以就目前而言，我完全站在『兩者都可能成立』這一邊。」

不論如何，這項新研究又為「究竟什麼器官負責磁覺」這場延燒已久的辯論添了一筆。在《科學》期刊同期的一篇觀點文章中，研究者西蒙・斯皮羅（Simon Spiro）和哈爾．德雷克史密斯（Hal Drakesmith）指出，這項新研究並未排除肝臟以外的其他器官也可能扮演某種角色，尤其是在沒有陽光的時候。

「或許某一種機制主導長距離導航，而另一種則負責更精確地尋找目的地；兩者可能以不同程度的精準度運作。」研究團隊寫道：「事實上，在黑暗中回家時，擁有不只一套導航方式或許才是明智之舉。」

延伸閱讀：《狸想世界》裡與動物對話的劇情能成真嗎？科學告訴你 / 鴯鶓戰爭：澳洲向鴯鶓宣戰的離奇經過