动物迁徙之谜

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  野生动物的季节性集群迁徙活动一直是科学家最想解开的谜题之一。动物为什么要迁徙?是何种因素触发了动物的迁徙运动?面对数百甚至数千千米的迁徙路程,动物是如何定向,又是如何准确、及时地返回到原来的出发点的?迁徙途中,它们在何处停留,在那里又会发生什么情况……科学家目前正着手解答其中的一些最基本的问题。
  
  当炎热的夏晚被凉爽的秋夜替换时,北美辽阔的天空中便挤满了各种急匆匆赶路的动物——数不清的鸣禽、滨鸟、猛禽、水鸟和昆虫,正鼓翼飞向南方越冬地;在无边无际的海洋中,鲸鱼、乌龟、鲨鱼和其他水生动物正游向它们的冬季家园;而陆地哺乳动物,从麋鹿、大角羊、山羊到北美驯鹿,正沿着古老的迁徙路线奔向温暖的低纬度地区和水草茂盛的草场……
  野生动物的季节性集群迁徙活动一直是科学家最想解开的谜题。依靠先进的跟踪装置,他们现在已经知道,某些迁徙动物的行进距离十分惊人:驼背鲸往返于中美洲沿岸的繁殖地与南极洲沿岸的觅食地之间,其往返距离超过8000千米,可谓哺乳动物中的“迁徙冠军”;一种濒临灭绝的棱皮龟穿越太平洋时需游2万多千米,可以说是海洋脊椎动物中的“旅行之王”。如果单纯从距离来看,则没有哪一种动物能超过鸟类。乌黑鹱从新西兰出发,飞过智利、日本、阿拉斯加和加利福尼亚州,然后横穿太平洋,再回到新西兰,一个循环旅程达到6万多千米,需时200天,平均每天飞行300多千米;黑尾豫能从新西兰飞往朝鲜,一口气飞行1万多千米,中间不做任何停留,到达朝鲜后稍作休息,然后继续飞向阿拉斯加繁殖地。迁徙旅程最短的是蝾螈,它的冬季越冬巢穴与它的繁殖地之间往往只有几百米远。
  那么,究竟是何种因素触发了动物的迁徙运动?面对数百甚至数千千米的迁徙路程,它们是如何定向,又是如何准确、及时地返回到原来的溪流、海滩和林地的?迁徙途中,它们在何处停留,在那里又会发生什么情况……科学家致力于解答其中一些最基本的问题。
  
  动物为什么要迁徙
  
  动物迁徙是指动物为适应气候和食物变化,或为了确保繁殖成功而进行的季节性或周期性的活动。所谓“迁徙”就是从一个地区到另一个地区,然后再返回来的活动。这种往返旅行有可能是季节性的,如像许多鸟儿在春秋季向南或向北迁移。有的迁徙活动可能需要动物一生的时间才能完成,比如各种太平洋鲑鱼,它们在淡水河流里进行繁殖,幼鱼一出生就开始游向海洋,成年后再返回它们出生时的河流里繁殖后代,然后死掉。
  迁徙现象可能出现在各种各样的动物身上,从淡水湖泊里的微生物(随着温度的变化,季节性地从深水水域迁移到浅水水域)到生活在大海里的鲸鱼(秋季从亚北极水域迁移到亚热带水域生育后代,晚春时再返回到食物丰富的冷水水域)都有这种迁徙习性。人类也有迁徙习性,例如生活在喀拉哈里沙漠的布须曼人尾随着他们赖以为生的动物进行迁徙活动。
  大部分迁徙活动属于季节性迁徙,最具代表性的一个例子是鸟儿冬季南飞。动物有时远离家乡,但它们总能够设法找到回家的路。这一现象一直令科学家感到迷惑不解。在一些电影故事中,狗和猫能跨越数千千米,克服种种艰难险阻,最终回到主人的身边。动物是如何做到这一点的呢?科学家一直未能找到真正的答案,但许多动物学家将动物的这种远距离迁徙的能力归因于其超强的导航能力。乌黑鹱是新西兰的特有物种,每当天气转凉时,它们就会越过太平洋朝着北边迁徙。最后到达美国的加利福尼亚、阿拉斯加和日本海岸,在那里度过温暖的夏天。科学家利用电子追踪器研究乌黑鹱的迁徙,结果令人惊讶:乌黑鹱是累计迁徙距离最远的动物。一只乌黑鹱在一年里往返来回的迁徙旅程加起来接近6万千米。不过。也有研究认为北极海鸥从北极飞到南极,再返回北极,其一生会经历B0万千米的旅途劳顿。它们的旅程可能比乌黑鹱更长。
  情况的确如此,许多动物拥有人类所不具备的导航能力,比如蝙蝠、鲸鱼和海豚为确定方位使用回声定位法,这种导航能力要求它们的耳朵必须能听到远远超过人耳听觉范围的声音。
  那么,动物为什么要迁徙?季节性气温变化是动物迁徙的原因之一。根据食物可用程度进行的迁移活动常常取决于季节性的气温变化。比如,当冬季来临,鸟类的食物一一昆虫突然消失时,食虫鸟就会掉头飞向气候更温暖的地方,以寻找更丰富的食物资源;而随着小型啮齿动物和鸟类越来越少,像北美红尾隼这样的食肉鸟就不得不飞向墨西哥或墨西哥湾沿海地带;同样,当冬季到来,北方地区各大小河流冰封后,以鱼和水生植物为食的动物就不得不迁往南方。
  像美洲野牛、羚羊之类的食草哺乳动物大多以集群形式一起吃草,它们会很快吃光一个地区的牧草。如果是在夏季,草会很快再长出来。在草重新冒出来之前,食草动物常常会漫游到附近不远的地方寻找新草地。当草再次覆盖大地时,它们就会重新回到原来的牧场。但是,如果是在冬季,草吃光后就不会再长出来,这就迫使动物们旅行到更远的地方,以寻找新的食物资源。直到春季来临,大地复苏时,它们才再次返回到它们以前的食源地。
  动物迁徙的另一个原因是要找到一个相对安全、资源相对丰富的地方生育后代。绿龟就是一种因生殖原因而迁徙的动物。当产卵季节来临时,雌绿龟就会离开它们的栖息地——巴西沿岸,游到2000千米之外的阿森松岛,然后拖着疲惫的身躯爬到海岸上,在松软的沙滩上挖一个浅坑,将卵产在里面。在生殖任务完成后,绿龟将返回巴西沿岸。
  淡水鳗主要栖息于北美和英国的河流里,但为了生殖后代,它们沿着古老的迁徙路线,从大西洋两岸一直游向百慕大和波多黎哥之间的马尾藻海,并在这里完成生殖任务。之后,它们再游回到原来的大陆河流。幼鳗出生后,需要一到两年的时间才能抵达美洲沿岸,而要游到英国的河流里,更需要花三年的时间。淡水鳗在咸水和淡水之间的这种转换活动涉及到一个迁徙适应性问题,即肾功能的生理转换。如果没有这种适应陛转换,淡水鳗就不可能在不伤及身体的情况下在两种完全不同的环境下生存。
  
  动物如何导航
  
  直到几十年前,生物学家还不知道帝王蝶以及其他迁徙动物是如何找到回家之路的。20世纪70年代中期,科学家进行了,一系列实验,结果发现鸣鸟周围的反向磁场导致它们飞向错误的方向,这说明鸟类利用地球磁场进行导航。不久之后,科学家发现海龟也是利用地球磁场进行导航的。
  科学家做了一个实验,将电子跟踪装置绑缚在海龟身上,然后跟踪这些海龟的迁徙过程。由于海龟游速缓慢,要完成1万多千米的一个循回过程需要5~10年的时间。科学家显然等不了这么久,他们便采用了一个替代的办法:将海龟放在一个大型循环水槽内,水槽外面绕一圈能产生特定磁场的电线圈,然后让海龟感受模拟磁场的刺激。科学家分别模拟了海龟循环路线上的三个关键点位:北佛罗里达、葡萄牙沿岸区域和佛得角群岛附近地区。海龟在接触任何一个磁场时,都会通过转向动作对其做出反应。比如,当感觉到“葡萄牙磁场”时,海龟头朝 南;当感觉到“佛得角磁场”时,海龟掉头向西。研究人员最后得出结论,乌龟对磁场天生就很敏感。在实验中乌龟从未接触到水,但它们仍能加工、处理磁场信鼠,并根据这些信息改变行动方向。
  最近,科学家在某些动物的脑组织中发现了一种微小的磁性物质——磁晶体,并认为动物感应地球磁场的能力就来自于这些磁性物质。这一发现被用来解释鲸鱼、鲨鱼、鲑鱼和海龟等水生动物(这些动物很少利用星星或太阳导航)的方向感为何如此强。
  动物的另一个导航手段是内部生物钟。经过多年努力,科学家最终揭开了帝王蝶的导航秘密:帝王蝶依靠其体内的生物钟通过探测太阳的运行方位来确定它们的飞行路线,并对飞行路线进行适时调整。
  科学家发现,帝王蝶的生物钟对于确定它们的飞行方向发挥了至关重要的作用。换言之,帝王蝶的生物钟使它们天生知道如何根据太阳的运行方向时刻调整自己的飞行路线和方向,从而按照它们所希望的正确方向飞行。科学家还发现,帝王蝶到达墨西哥后其生物钟开始旋转,每天旋转1度,180天后就是180度,而它们在墨西哥的停留时间恰好是180天。它们的生物钟决定了它们在秋季飞向南方,在春季飞向北方。
  为了进一步弄清北美帝王蝶的生物钟的工作机制,科学家对其进行了一系列测试。他们将帝王蝶分成三组,在三个不同的时间段内使用人造阳光照射这三组帝王蝶,结果发现这三组帝王蝶分别飞向了三个不同的方向。研究人员认为,帝王蝶在早晨醒来后做的第一件事就是根据太阳所处的位置来确定飞行方向,如果将它们的生物钟弄乱,让它们推迟数小时醒过来,那么它们就会将中午的太阳当作早晨的太阳,从而发生判断错误,以至于使它们飞向错误的方向。事实上,所有动物都有生物钟,而迁徙动物则将其精确的时间感觉与太阳提供的信息线索结合起来,从而确定它们迁移的精确位置和方向。以北半球动物为例,当它们感觉到此刻是正午,它们就会将太阳当作正南方,以此确定它们的行走路线。某些动物则更进了一步,利用太阳位置和特定的阳光反射模式来确定方向和方位。这种光线反射模式使得动物几乎不用直接观察太阳就能确定行走方向,例如某些鱼类就是利用这种导航模式来到其出生地的。
  此外还有证据表明,动物身体中的某些化学信号对于动物的迁徙活动同样具有启动或指导作用,例如旅鼠和蜜蜂之类的陆地动物的迁徙活动就是由信息素引发的。信息素是由动物分泌的一种可影响其他同种动物行为的化学信号。
  其他动物通过更加复杂的本能机制进行导航。某些动物依靠海岸线、山脉和河谷等陆标来导航;成年鲑鱼在迁徙过程中依靠嗅觉或气味线索来辨别行走路线;鲑鱼能记住它们幼年时期第一次游向大海时家乡河流的气味特点,当数年后从海洋来到家乡河口时,它们沿着这条河流的与众不同的气味线索溯流而上,回到它们的出生地。
  
  动物迁徙有哪些形式
  
  动物迁徙一般以四种形式进行:全部迁徙、部分迁徙、差别迁徙和突发迁徙。全部迁徙是指一个种群在繁殖季结束时全部成员都离开繁殖地的迁徙活动,通常是前往几千千米之外的越冬地。部分迁徙是指一个种群的部分成员一年到头都留在繁殖地内,其余的则迁往他处。差别迁徙是指一个种群的全部成员都迁徙,但在迁徙的时间周期和距离上存在较大的年龄和性别差异。比如,银鸥随着年龄增加,迁徙距离越来越短;雄性美洲雀鹰呆在繁殖地的时间长于雌鹰。突发性迁徙是指一个物种在一些年份根本不迁徙,而在另一些年份却突然离开繁殖地。这种迁徙模式很可能与气候和食源变化有关。一般来说,冬季越寒冷,食物越缺乏。一些物种就越可能产生突发性迁徙行为。
  除上述分类方法外,根据动物迁徙的运动形式,还可分为往返式迁徙、游牧式迁徙、移动式迁徙和激增繁殖迁徙等。动物的大部分迁徙活动属于往返式迁徙,如候鸟冬天飞向南方,春季再返回其繁殖地。游牧式迁徙指的是根据当地临时情况发生的非常规运动,如许多生活在东非草原上的大型食草动物群根据当地食物和气候变化情况进行迁徙。这种迁徙活动的特点是,动物不是按照固定的路线行进,也不再返回到原来的地方。非洲飞蝗和亚洲飞蝗的迁徙活动属于移动式迁徙,也就是当种群密度达到顶点并引起食物短缺时,蝗虫就开始进行大规模的迁徙运动。蝗虫的迁徙特点是,它们很少再回到它们原来的出生地。
  激增繁殖是在极端气候条件下发生的一种特别的迁徙活动,其最著名的例子是生活在北极冻原带的旅鼠。每隔3到4年,这种小型啮齿动物的种群数量就会达到一个顶点,当高峰期到来时,旅鼠就会进行大规模的陆路迁徙。大多数旅鼠都会在迁徙路途中死去,只有少数能够活到下一个迁徙期。
  还有一种迁徙形式叫“再迁徙”,即一次往返旅行循环分别由两代动物完成:第一代迁移到一个地区,然后进行繁殖,返回旅程由它们的后代完成。
  
  动物迁往哪里
  
  动物由北向南迁徙是人尽皆知的一种迁徙行为,但并非所有的迁徙活动都是由北向南进行的。实际上,迁徙活动也发生在南半球。南半球动物的迁徙自然是由南向北进行(南半球的冬季恰好是北半球的夏季)。当然,由于赤道之南的栖息地远少于赤道之北的,因此南半球的迁徙活动的规模远不如北半球大。
  并非所有的迁徙活动都是南北向的,事实上,许多鸟类如草原隼,是纵向飞,或由东向西飞。这种运动形式可能与某个地方的季节、食物资源和猎物变化有关。
  大多数迁徙活动都是穿越地表进行的,但也有一些迁徙活动属于高度上的迁徙。比如许多高山动物,它们会在冬季来临时迁向低海拔地区。又如海洋中的浮游生物,当夏季来临时,它们生活在海平面上,以漂浮在水面上的植物为食;当水温变冷时,它们就迁向海洋深处,并在那里不吃也不喝。
  
  动物迁徙的能量从哪里来
  
  长时间的迁徙活动会消耗大量的能量,而各种动物在长期的进化过程中进化出了各种各样的生理机能,以确保具有足够的体能进行远距离旅行。
  在迁徙之前能否积聚起大量的能量储备,对动物来说可谓生死攸关。飞行比行走和游泳需要更多的能量消耗,因此准备迁徙的候鸟必须在起程之前储备起足够多的能量。有些鸣禽在春秋季迁徙之前会储存大量的脂肪,使其体重增加40%左右。红颈蜂雀在迁徙之前会增加2克左右的脂肪,这些脂肪为这种小鸟由北美穿越墨西哥湾飞到墨西哥冬季栖息地提供了丰富的能量保证。有些候鸟可以通过在途中觅食不断补给能量,但一些作长距离、不间断飞行的候鸟如金斑鴴,由于要在海面上不着陆地连续飞行3000多千米,因此它们必须在出发前储备好足够的能量。
  与候鸟不同,陆地哺乳动物在迁徙时可以边走边进食,因此它们没有必要储存大量的能量。事实上,轻装上路可以使这些食草动物能更加灵活地躲避食肉动物的攻击。像非洲角马之类的陆地哺乳动物迁徙时可以行走1600多千米之远。
  动物迁徙时一般都沿着往年的迁徙通道或路径行进。北美候鸟飞向南方越冬最常走的路线之一是穿越墨西哥湾,这条路线长达800~1000千米。在漫长的迁徙途中,鸟儿们会有规律地停下来休息、觅食,有时一次停留长达数天。在穿越宽阔水面之前,鸟儿的停留次数会比较频繁,持续时间也会比较长,因为它们只有在储存起足够多的脂肪后才能重新开始一个距离更长的迁徙活动。
  大部分远距离迁徙活动都发生在夜间,而在白天迁徙的动物,其迁徙路线往往比夜间迁徙动物更为曲折,行进速度也更缓慢。存在这种差异的原因可能与觅食机会有关。夜间迁徙的鸟类整个白天都忙于觅食、进食和休息,为夜间作不间断飞行积聚能量;而白天迁徙的鸟类则必须一边飞行一边寻找食物。基于这个原因,它们一般会选择靠近海岸线的路径迁徙,因为这些地方能为它们提供大量的昆虫。这样做可能会减缓行进速度,但确保了食物供应。
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