哲人石丛书·自然罗盘：动物导航之谜

……它们在月亮上度过寒冬。
“每年人们都观察到鹳和海龟、鹤及燕子在相同时期出现，它们来自何方呢？同样每一年在某个固定季节或时间，那些动物们又倏忽消失不见，它们去了哪里？”一位“博学而虔诚的学者”在1703年发表了一篇论文，给出了他认为可信的答案——它们在月亮上度过寒冬。
认为迁徙性动物在月亮上过冬的想法今天看起来或许有些过时，但面对许多动物似乎随心所欲的迁徙方式，我们依然会惊叹不已，尤其是该行为看上去如此轻松简单。长久以来，迁徙性动物就像一个谜，它们突然出现，随后又再次消失，从一个未知的家园去向一个同样未知的目的地——就像是人生的一个绝妙寓言。生活在公元8世纪的学者和历史学家圣比德（Venerable Bede，731）就曾在其《英格兰人教会史》（Ecclesiastical History of the English People）一书中写道：“人的一生不过是一瞬间的存在。”
想想在我们享用冬日晚餐时快速飞过餐厅的那只麻雀吧，窗外是沉沉的黑暗和持续的风雪。麻雀从一扇开着的窗户飞入，又迅速从另一扇窗飞出，在经历了几秒的光明与温暖之后从我们眼前消失。同样，人的一生也只是短暂的瞬间，在此之前和之后的一切，对于我们来说都是全然未知的。
这些亘古以来就一直存在的神秘现象中有一部分依然令我们困惑，而且我们不断增长的知识还更进一步加深了面对动物迁徙现象时前的惊奇感。那些盘桓在户外投食器周围的娇小蜂鸟，居然经历了长达1500英里*的一路北飞，只为了享受这短暂的夏天，而那些柔弱的黑脉金斑蝶，更是终其一生为自己在秋季穿越2000英里的飞行作准备，这一切多么令人难以置信！然而，对于它们，以及无数其他物种，这只是再普通不过的寻常行为。对大多数动物来说，局地导航是它们普通而又重要的活动能力，它们所展现出来的技能远远超越了人类，除非人类借助专门的仪器、装备和训练。动物对于太阳和天空的天生认知能写成许多卷书，而许多物种都具备的误差不超过一英里的全球定位能力，在直到几年前才掌握这项技能的人类眼中，更是一个谜。
动物导航之谜并没有一个简单的解释，方向感和迁徙之谜尚未被彻底揭开。揭开动物导航之谜极具难度，因为其机制不仅在不同物种之间存在差异，即便是同一种动物，在不同环境和不同年龄之间也各不相同。动物们利用太阳和星辰、偏振光和色谱、内在的定时机制（每日、潮汐、月相和年度）、地貌记忆和地图认知、磁场、外推梯度和更多其他机制来完成导航任务。这样的多重机制给我们的研究带来更多挑战，因为每当我们移除某个信息来源，它们都能够轻易转换到备用机制上，使我们试图了解它们导航技能的努力变成徒劳。对于有些物种来说，它们的导航系统来自其内在的复杂通信编码。
现在是出版一本专注于动物导航和迁徙主题的书籍的时机。高度专业的著作和综述数量虽多，却无法清晰解答广泛读者的问题。近一篇面向非专业读者的该领域深度评论发表于二十多年前。在此之后，越来越多的研究解决了许多关于动物方向感和地图感的争论，重新定义了我们对动物时间感的了解，揭示了早期训练、幼年体验和成年再校准的关键作用。
我们选择将注意力集中在研究彻底的一小部分物种上。我们在位于普林斯顿的实验室里仔细研究了蜜蜂和信鸽的导航行为。海龟和候鸟也是极佳的动物导航系统模型，由于它们特殊的行为方式和实验方便性，这些动物成为了绝大多数动物导航研究中的主角。在我们的讲述中还同样多次提到人类，虽然更多是将人类作为反例。过去的四分之一个世纪见证了普遍而且愈演愈烈的动物迁徙路线和行为模式的改变——这种改变在很大程度上缘于人类活动和全球气候变化。栖息地丧失和气候变化让许多研究者开始探询，那些让动物迁徙成为可能的巧妙机制现在是不是正让它们走向灭绝。作为抵抗机制，许多物种迁徙程序中令人疑惑的不精确性或许会成为它们改变灭绝命运的希望。对于某些高危物种，增加我们的动物导航知识或许是促成有效保护的关键一环。
詹姆斯·L·古尔德（James L. Gould）
卡萝尔·格兰特·古尔德（Carol Grant Gould）
新泽西州，普林斯顿
2011年8月

长久以来，我们就深知动物每天能极度精准地在水中、地上和空中穿越遥远的距离。但直到近日，研究者才了解这种令人惊叹的导航能力背后的机制。《自然罗盘》一书生动而详尽地展示了动物所采用的各种导航方法，范围从家巢附近到全球。著名生物学家詹姆斯•古尔德与大众科学作家卡萝尔•古尔德深入探究了这些精巧雅致的导航策略与它们万无一失的后备机制、不为人知的灵敏度和神秘莫测的作用力，以及那些我们熟悉或罕见的物种所具备的超乎想象的智力。他们带领我们一起领略从*简单直接到*复杂惊人的动物导航策略。
古尔德夫妇探讨了动物如何在没有仪器与训练的条件下具备让人类望尘莫及的导航能力。他们解释了动物如何测量时间，展示了柔弱的黑脉金斑蝶如何使用其内部时钟、日历、罗盘和地图来开始并完成自己每年前往墨西哥的2000英里行程——尽管它们的大脑重量仅有几十毫克。他们还讨论了蜜蜂如何利用太阳和内心地图来定位蜂巢和花朵等地标，探讨了信鸽等长途旅行者如何利用自身携带的全球定位系统知道自己身在何处。*后，两位作者还探讨了动物栖息地破坏和全球变暖所导致的迁徙路线中断是否会影响或威胁整个动物物种的生存这一重要问题。
《自然罗盘》一书揭开了笼罩在动物导航这一自然界中非凡行为上的神秘面纱，向读者勾勒出动物导航和迁徙的全面画卷。

詹姆斯•L•古尔德（James L. Gould），普林斯顿大学生态学与进化生物学教授。
卡萝尔•格兰特•古尔德（Carol Grant Gould），科学作家，其作品涵盖各个学科。在本书出版之前，两位作者一共出版过9部著作，包括《动物心智和动物建筑师》。

001 — 前言
004 — 致谢
001 — 章 导航——挑战与策略
016 — 第二章 何时与何地
030 — 第三章 关于时间
063 — 第四章 昆虫罗盘
107 — 第五章 脊椎动物的罗盘
142 — 第六章 领航与惯性导航
170 — 第七章 地图感
208 — 第八章 迁徙的未来：保护还是灭绝

长久以来，我们就深知动物每天能极度精准地在水中、地上和空中穿越遥远的距离。但直到近日，研究者才了解这种令人惊叹的导航能力背后的机制。《自然罗盘》一书生动而详尽地展示了动物所采用的各种导航方法，范围从家巢附近到全球。著名生物学家詹姆斯•古尔德与大众科学作家卡萝尔•古尔德深入探究了这些精巧雅致的导航策略与它们万无一失的后备机制、不为人知的灵敏度和神秘莫测的作用力，以及那些我们熟悉或罕见的物种所具备的超乎想象的智力。他们带领我们一起领略从*简单直接到*复杂惊人的动物导航策略。
古尔德夫妇探讨了动物如何在没有仪器与训练的条件下具备让人类望尘莫及的导航能力。他们解释了动物如何测量时间，展示了柔弱的黑脉金斑蝶如何使用其内部时钟、日历、罗盘和地图来开始并完成自己每年前往墨西哥的2000英里行程——尽管它们的大脑重量仅有几十毫克。他们还讨论了蜜蜂如何利用太阳和内心地图来定位蜂巢和花朵等地标，探讨了信鸽等长途旅行者如何利用自身携带的全球定位系统知道自己身在何处。*后，两位作者还探讨了动物栖息地破坏和全球变暖所导致的迁徙路线中断是否会影响或威胁整个动物物种的生存这一重要问题。
《自然罗盘》一书揭开了笼罩在动物导航这一自然界中非凡行为上的神秘面纱，向读者勾勒出动物导航和迁徙的全面画卷。

詹姆斯•L•古尔德（James L. Gould），普林斯顿大学生态学与进化生物学教授。
卡萝尔•格兰特•古尔德（Carol Grant Gould），科学作家，其作品涵盖各个学科。在本书出版之前，两位作者一共出版过9部著作，包括《动物心智和动物建筑师》。

导航——挑战与策略
大西洋的魔鬼鸟
这是领航员糟糕的噩梦。一个乌云密布的9月之夜，午夜刚过不久，一艘船在北大西洋中部遭到突然袭击。不知从哪里冒出的死去多时的水手鬼魂们尖叫哀嚎着沿着索具快速爬上船，迷信的水手们被吓得魂不守舍，他们的尖叫声盖过了船长大声发布的命令。惊恐中的水手们立刻意识到自己进入到臭名昭著的恶魔岛，遍布此岛的冤魂属于成百上千淹死在这表面看起来平静实际却充满危险的浅滩上的水手们。但领航员坚信，自己的航线原本应该在离这个传说中的死亡陷阱西边很远处。
几分钟后，海浪拍打在东边背风岸边的声音盖过喧闹之声，传入水手们的耳朵。他们犯下后一个致命错误：让船转向并扯起风帆。龙骨重重地撞上了环绕岛屿分布的致命珊瑚礁。几乎就在一瞬间，船沉了，加入到在百慕大这个大西洋坟场遭受了同样厄运的无数船只的名单之中。哪里出了错？
对于人类之外的其他动物来说，长途导航同样是一个生死攸关的挑战，差别在于它们知道自己在做什么。而在陆地上生活的人类眼里，很少有什么景象比孤零零的一群大雁排成队从自己头顶上方飞往遥远的夏季或冬季栖息地更令人印象深刻的了。大雁的旅途并非仅仅依靠一双翅膀和祈祷好运降临：除了年加入的幼鸟，每一只鸟的脑袋里都有一幅详细的飞行路线图，伴以能够帮助导航的地貌记忆。春秋季的每一个夜晚，都有数以十亿计的鸣禽飞过夜空，去往数百或数千英里之外，这些并未被我们留意。与水禽不同，雀类们利用多重罗盘和神秘的GPS感官来为自己定位。即便在那个发生在大西洋的悲剧之夜，至少有30种鸟雀飞过那艘船的上空，继续着它们从新斯科舍到南美2300英里的航程。
生活在岛屿周围的北大西洋中的动物也一样进行迁徙，它们与时间赛跑，随着季节变换到达新的栖息地。座头鲸在迁徙数千英里的过程中会路过百慕大，它们的地图和罗盘很好地适应了昏暗的海洋环境。许多鱼和海龟也拥有同样规模宏大的季节性迁徙习性。在它们下方的海床上，龙虾排成一排跳跃着前行，进行自己的长途跋涉，在冰冷黑暗中准确知道自己的位置，误差不超过几英尺*。
在更小的空间尺度上，百慕大群岛上的蜜蜂和其他昆虫与它们生活在别处的同类一样，每天从巢穴到食物、水或筑巢材料来源处往返数十次，利用的正是一系列备用罗盘和习得的地貌特征。考虑到它们微小的身体和狭窄的视野，这些旅程与大雁的旅程相比，同样伟大，每一次旅行都事关生死。在大西洋中的避难所生活的筑巢鸟类来回飞行好几百英里，先是收集筑巢材料，然后是为后代准备食物，对它们来说迷失方向意味着下一代会饿死。地面上的老鼠也具备同样的技能，但必须采用另一套导航信息和处理策略来更有效地应对走出迷宫而非找到遥远大陆的挑战。黑脉金斑蝶从美国或加拿大南飞2000  英里，到达偏远的墨西哥山峰，依靠的是不停移动的太阳位置和至今依然神秘的位置感。
在这个残酷的世界面前，导航能力就像是一项特异功能，我们不得不惊叹于动物利用各种大多是模糊不清且瞬间即逝的线索和信息所作出的精确判断，而这些信息常常是人类无法分辨的。除了天赋之外，人类更需要运气才能拙劣地大致获得动物天生所拥有的方向感，以及导航、制图和在全球范围内精确定位的能力。除人类外，其他物种似乎天生就具备能够实现这一切功能的感觉器官和内在处理通道的神奇组合。那个将船只带入百慕大珊瑚礁绝境之中的领航员所依靠的正是通常情况下动物所使用的可靠策略总和，但是那艘终被恶魔吞噬的倒霉船只的问题出在哪里呢？
在1621 年，当德维拉（Fernandino deVerar）指挥那艘载重300 吨、装备精良的双桅葡萄牙商船“圣安托尼奥”号（San Antonio）离港时，他知道自己面临的风险。那年春季，他从西班牙西南部的加的斯出发，前往如今哥伦比亚北部的卡塔赫纳，船上满载着运往美洲殖民地的货物。与当时所有人类领航员一样，在离开了视线所及的陆地之后，他就无法判断自己在东西方向上的位置（经度），因此只能指挥着自己的船沿着北非海岸向南航行，一路上能够清楚地在左舷看到海岸。直到他的一系列仪器、海图、图标和对太阳高度的测量综合在一起，告诉自己已经到达赤道以北12°后，才放弃该导航策略——因为自己所在的纬度已经与目的地一样，目的地就在3000 英里之外的大西洋的另一边。随后德维拉将船转向正西，利用磁性罗盘的导航，一路前行，直到抵达加勒比海。这种矢量导航方案与许多鸣禽的首次迁徙线路相同，直到鸣禽获得足够经验能够针对现实中球面几何所带来的微妙变化规划出相应更高效的路线为止。

《自然罗盘》带你走进引人入胜的动物迁徙世界。在这个奇妙的领域里，种类繁多的动物在各种可能的方面都远胜于人类。本书以轻松又充满启发性的笔调全面介绍了动物导航领域，表明了解动物导航行为对动物保护的重要作用。
——艾琳•M•佩珀贝格

在动物行为中，没有什么比各种动物采用各种方式计算自己相对巢穴所处的空间位置这一主题更神秘、更具争议性，或者可说对人类自身的认知和心理更具激励性。作者参考了该研究课题相关的海量学术文献，及时为我们送上本书，涵盖了本领域的研究历史、面对的问题和所处的现状。
——贝恩德•海因里希

这本迷人而精彩的书为动物导航行为描绘出一幅详尽而紧凑的画卷。美妙无与伦比。
——肯尼思•洛曼