阅兵式上的七万只鸽鸽是怎么回家的？

三种不同的导航形式

候鸟迁徙，鱼类洄游，信鸽恋家。面对五花八门的导航本领，研究鸟类导航出身的美国动物学家Donald Griffin教授把动物导航机制分成了三大类：

一是领航法（piloting），即利用熟悉的地标规划自己回家的路线；

二是罗盘定向法（compass orientation），顾名思义，就是根据已知方向的指向标确定东南西北的朝向，再顺着确定的朝向寻找目的地；

三是真导航（true navigation），熟练运用这种方法的动物宛如可以随时掏出高德地图，除了上一种方法里目的地和出发点间相对方向外，还能随时知道自己在地球上的精确位置，轻松解决“我要到哪里去”的三大哲学问题之一。

抬头见太阳，低头思故乡

作为飞鸽传书的主角，信鸽经常被带到从来没去过的地方放飞，因为从来没走过这条路，自然也就不可能用以熟悉地标为媒介的领航法导航。但这可难不倒咕咕，他们想要回家只需要抬头看看太阳。太阳东升西落，咕咕把太阳的位置和自己的作息时间一对照，便把蓝天变成了自己的指南针。

比如说，在早上八九点钟的时候，太阳牢牢地挂在东方，如果家在南方，往太阳的右边飞就可以了。既然知道了方向，回家就是迟早的问题了，这也是他们对罗盘定向法的应用之一。事实上，不只是信鸽，在蜜蜂和蚂蚁中科学家也发现了太阳导航的运用。

可到了晚上还是得见明月

到了晚上太阳落山了，恋家的咕咕该怎么赶路呢？康奈尔大学的Stephen Emlen教授也产生过同样的疑惑，虽然他的研究样本不是鸽子，但他的目光也最终落在了星星和月亮上。于是他便把各种雀类带到一个天文馆里，派自己手下的研究生在晚上躺在鸟笼下观察鸟儿们有准备像哪边飞的倾向。但后来由于被鸟粑粑糊一脸实在是不太体面，心疼学生的好教授Emlen便发明出一种可以留下鸟雀脚印的漏斗（Emlen Funnel），第二天睡个懒觉起来再根据脚印的密集程度判断样本想飞的方向。

Emlen Funnel就长这个样子，下面是可以让样本脚上沾到墨水的小池子，围成漏斗状的墙壁是可以留下印迹，而上方的铁丝网方便样本仰望星空。 来源：Stephen Emlen。

天文馆可以操控的星象也在这时派上了用场：果不其然，他发现在正常的星象下，有些鸟类可以准确地找到回家的方向，但如果把星象上下颠倒过来，他们就普遍向反方向聚集；如果直接熄灭星象，这些脚印便显得凌乱不堪了。Emlen教授因此也得出了信鸽会在晴朗的夜空使用星象进行罗盘定向的结论。

Emlen Funnel上留下来的脚印，脚印密集的指向就代表被关在Funnel里的鸟被放出来后倾向于前往的方向。来源：Stephen Emlen

呵！怎么样的天气都难不倒我鸽王

但想想国庆当天放飞的咕咕，再想想国庆当天北京的雾霾，这好像对上面说的两种方法都不太友好呀。咕咕认真想了想，似乎还需要一种不看天空就可以的方式来导航，这样来磁场的作用就显现出来了。作者的教授Charles Walcott先生就曾为验证这个推测做过这样的实验，他将两个线圈分别套在信鸽的头顶上和脖子上，并为线圈连接上小巧的电池，通过电生磁的原理给信鸽的小脑袋周围附上一个人造的磁场。

当天空被乌云遮盖时，正常磁场的咕咕可以从出发地直冲回家，可当磁场倒置，咕咕却自信地朝着相反的方向飞去。值得注意的是，如果是万里晴空，鸽子便不会理会异常的磁场，仍然朝着前文提到的太阳或星象导航的正确方向飞去。可见，一般情况下磁场导航实在是斗不过受宠的太阳导航。有“一般情况”就必有特例，如果是在一个磁场变化明显的区域长大的信鸽，那他可能就会信任磁场导航多过太阳导航。

磁场导航再升级

这还没完，来自普林斯顿大学的Kasper Thorup教授和他的团队做过的另一项实验显示，有些鸟类不但可以从磁场中判断东西南北，还可以通过磁场的方向和强度确定自己在地球上的绝对位置。这个团队盯上了美国西岸一群习惯性由北至南回家的白冠带鹀们，并把他们带到了北美大陆的另一端。

按理来说，如果这群鸟只能通过磁场辨别方向，那他们仍然会大摇大摆地往南方飞。可是当把白冠带鹀放飞的时候，Thorup教授发现只有没什么经验的年轻鸟们照着习惯的路线闷头向南冲，而其他有经验的鸟儿气定神闲地向西飞去——也就是归巢的正确方向。

这个结论似乎说明，有经验的白冠带鹀清楚地知道他们位于这片土地的什么具体位置，家又位于什么具体位置。这就涉及到了文章开头提到的第三种导航方法：真导航方法，即通过某种信息将各个地理位置铺开在一张地图上，并以此确定各个方位和距离。

白冠带鹀飞翔的方向，其中蓝色箭头代表有经验的老手，红色箭头代表愣头青们。来源：Kasper Thorup

虽说事不过三，但是信鸽定位和导航的方式可能远远不止三种，而人类对于这只小小小小鸟的心里到底在想什么还隔着十万八千里。有学者提出像是气味、低频率声波这些不易被人类察觉的因素也可能在不同的情况下引导像咕咕这样的鸟类回到家中或进行迁徙，也有可能信鸽还会记住熟悉的路标采用领航法作为其他导航方法的辅助。

当然，马有失蹄，鸟有失踪，如果捡到了误闯进家里的咕咕，可以查看他的脚标上可能带有的信息或者上网发帖帮他回家。

毕竟，想想牠们只有两三克精巧的脑子里，可能藏着北斗导航系统一般浩瀚的宇宙呢。

* 特别感谢Charles Walcott于康奈尔大学BIONB 2210的课堂上关于动物定向与导航的精彩讲解，其思路和案例大大促成了本文的落成。

参考资料：

[1] 高雪滢. (2019,October 1). 国庆大会放飞的7万和平鸽 是从北京市民家里借来的.Retrieved October 5, 2019, fromhttp://www.guancha.cn/politics/2019_10_01_519989.shtml.

[2] 中国国庆放飞7万鸽——北京市民借的. (2019). Retrieved from https://www.orientaldaily.com.my/news/international/2019/10/02/308854

[3] Gross, C. G. (2005). Donald R. Griffin. In Biographical Memoirs (Vol. 86). Retrieved from https://www.nap.edu/read/11429/chapter/11

[4] Auger, G. Retrieved from http://www.batresearchnews.org/Miller/Griffin.html

[5] Threlkeld, S. (2016). Retrieved fromhttps://www.nola.com/news/article_52a09896-2312-53f5-af35-073eb02254fb.html

[6] Emlen, S. T., & Emlen, J. T. (1966). A Techniquefor Recording Migratory Orientation of Captive Birds. The Auk, 83(3), 361–367.doi: 10.2307/4083048

[7] Walcott, C. (1972). The navigation of homing pigeons: Do they use sun Navigation? The navigation of homing pigeons: Do they use sun Navigation?NASA; United States. Retrieved fromhttps://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=19720017429

[8] Walcott, C. (1974). The Homing of Pigeons: Pigeons have been found to use various cues in returning tothe loft, but the sensory basis of their navigation is still unexplained. American Scientist, 62(5), 542–552. doi: /27845072

[9] Dr. Charles Walcott onPigeon Navigation: How Do Pigeons Find Their Way Home? (2013). Retrieved fromhttps://vimeo.com/57825628

[10] Thorup, K., Bisson,I.-A., Bowlin, M. S., Holland, R. A., Wingfield, J. C., Ramenofsky, M., &Wikelski, M. (2007). Evidence for a navigational map stretching across thecontinental U.S. in a migratory songbird. Proceedings of the National Academyof Sciences, 104(46), 18115–18119. doi: 10.1073/pnas.0704734104

[11] Helmuth, L. (2012). How Do Birds Find Their Way Home? Retrieved fromhttps://www.smithsonianmag.com/science-nature/how-do-birds-find-their-way-home-61927645/

康奈尔动物科学x生物神经科学与行为学在读本科生，标准深圳人。头衔好长，废话好多，学识好浅，想找research。

编辑 | JJJJ