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鸽子脑中具有GPS定位功能

  鸽子可以从几百公里之外,甚至在一、二千公里远的地方,仍能飞回家去,其奥秘何在呢?它的答案是鸽子脑部神经元为地球磁场编码,让鸽子拥有可靠的内置GPS,鸽子脑部的这个定位系统,让它们可以感知地球磁场的变化,并在长途距离中辨别方向。

  科学家早就知道,许多动物(从鸟类到狐狸甚至可能包括人类)身上存在着磁场接收器。在以前的长期研究中,专家们一直对鸽子认路的本领争论不休,一方认为鸽子是靠其体内的磁性物质来辨认方向,就像人使用微型指南针一样;另一方则认为,鸽子将空气中的不同气味作为指示牌来辨认回家的路线,当然,视觉信号的作用也不能排除;还有一种理论认为,鸽子是靠太阳的位置来识别方向的。这些以前的研究基本上确定了磁场接收器存在于鸟类喙部和脊椎动物其他部位的事实。

  最近,美国贝勒医学院的吴乐清和戴维迪克曼在美国《科学》周刊上撰写了文章,根据他们一项最新的研究表明,鸽子脑部的神经元为地球磁场方向编码,让这种鸟类拥有与生俱来的内置全球定位系统(GPS)。不过,这是首次有人试图解释鸽子脑部神经元情况,是如何利用这些接收器并带来方向感。美国医学研究人员说,他们发现了鸽子的脑细胞是怎样记录了从地球磁场中感知到的详细导航信息。科学家采取的做法是,将一些鸽子置于黑暗的环境下,并对它们的脑部进行监测,他们试图找到负责解读这些信号的神经网络。接着科学家调高了磁场的强度,并对其范围、高度和其他变量进行调节。他们用基因标记来确定神经元被激活的时间点,而且把关注的重点放在用来处理此类信息的神经区域。最终,他们在鸽子的脑干部位确定了活动性大大提高的53个神经元。而且,这些脑细胞与相对应的人工磁场范围最为敏感。在贝勒医学院进行此项研究的这两名研究人员说,他们的发现揭示了:鸽子脑部一种称为神经元的单细胞可以将磁场方位、强度和极性信息编制成密码。研究人员发现,当鸽子内耳中某一区域处于变化的磁场中时,这些脑部的神经元就会作出反应。

  那么信号从何而来?吴和迪克曼认为磁场信息通过内耳发送到神经元,不过喙部和视网膜接收器也有可能在其中发挥了作用。他们这样写道:神经元将地磁矢量编码,神经细胞利用这些编码进行计算,得到关于方位和飞行方向的信息。换句话说,这就是鸽子神经系统的全球定位系统。研究人员说,证据表明,这些神经元属于一个接收器网络,接收器可以发现并向脑部的其他部位发送有关地球磁场方位和强度的信息。他们猜测,脑部的其他区域把新收到的磁场数据与脑中的地球表面三维图像相对照,这让鸟类拥有惊人的导航能力。

  研究人员对鸟类磁场感应能力感兴趣是因为它有助于进一步了解人类的一些脑部疾病。这项新的研究已发表在《科学》期刊上。