鸟类定向之谜
远行的飞禽靠什么辨别方向，始终是人们百思不得其解的谜。例如，有一种北极燕鸥，它们夏季出生在北极圈10°以内的地方，出生后6个星期就离家南飞，一直飞到远在1.8万千米外的南极浮冰区过冬。过冬之后，又飞回北方原来的出生地点去度夏。由于迂回弯曲，一来一去北极燕鸥的实际飞行竟达4万千米之遥。燕鸥飞越如此漫长的路程，竟丝毫不会迷航，它究竟是凭什么本领认路的呢？它那简单的头脑是怎样解决复杂的航行定向的问题呢？
我们知道，罗盘是在12世纪发明的，300年后哥伦布才应用它横渡大西洋。但是早在几百万年以前，鸟就已经若无其事地在环球飞行了，而且在夜间也能依旧赶路。它们是靠什么来决定航向的？北极星？太阳？月亮？风？气候？地磁？它们的方向意识又是从何而来？
科学家们对飞禽航行定向的现象进行了很多方面的探索，做了各种各样的观察和研究。下面就是几种影响较大、研究较深入的答案。
利用地球磁场辨认方向不少科学家认为，一部分飞禽是靠地球磁场来定向导航的，信鸽导航就是典型的例子。
在交通与通讯不发达的年代，人们曾经利用鸽子送信。当人们远征的时候，尽管翻山越岭，辗转千里，但是只要把书信捆在信鸽脚上，把它放出，它就会很快地辨别出回家的方向，径直飞回去，出色地完成传递家书的任务。
信鸽这种特殊本领，在40年代就引起人们的兴趣，并且系统地进行了研究。人们发现信鸽导航是靠地磁场。
我们知道，地球上的每一个点都有它自己的地磁场强度和地球因自转而产生的科里奥利力（转动中出现的一种惯性力）。磁场对于生命，就像空气、水对于生命一样，是不能缺少的。空气和水，谁都能感觉到，可是谁也没有感觉到身边存在着磁场。这是因为生物在长期的演化过程中，已经适应了这一物理环境因素。可是信鸽不但能清楚地知道自己居住地的磁场强度和科氏力的大小，并且能随时识别地磁场强度和科氏力的细微差异，它们就是凭借着这种特殊本领准确无误地飞回家的。
美国生物物理学家查尔斯.沃尔科特教授在70年代中期开始了寻找鸽子体内磁罗盘位置的实验。他首先测量了鸽子各块组织的磁性，然后选择出那些具有磁性的组织，分成更小的块，再依次测量各小块的磁性。研究的范围渐渐缩小，最后在每一只鸽子的体内都找到了天然磁性物质。1979年，沃尔科特宣布说，他们已发现了鸽子体内的磁性物质。它只有不到1毫米大，位于眼窝后部靠近外侧的脑组织部位。
研究人员把鸽子的磁组织放在电子显微镜下观察，发现它是由神经纤维构成的。组织内有许多可以阻挡电子束通过的密实的微粒，这种微粒长0.1微米，宽0.025微米。这些微粒含有大量的铁，而铁是各种磁铁的基素。微粒中还含有少量的镍、铜、锌和铅。这些元素的成分和比例证明，信鸽的磁性物质是一种磁铁。研究人员测量了鸽子磁物质的居里点，也就是使磁性物质磁特性消失的温度，发现它的居里点同磁铁矿相等。最后用光学显微镜观察，进一步看到了极小的鸽子晶体，晶体的颜色正是磁铁矿所应具有的黑色。
飞禽是否真能凭地球磁力辨认方向，是争议了很久的问题。如今研究人员认为，不仅飞禽，鱼、昆虫甚至病毒都能感受到磁场。但动物是怎样感知磁场却仍然是个谜。
90年代的两项最新研究表明，光线可能是飞鸟感知磁场的重要因素。美国纽约州立大学的科学家发现麻雀是利用极光来校定其磁场指南针，从而确定方向的。而德国法兰克福大学的研究人员则发现银雀等一些鸟类是利用光线来感知磁场的。这些看法还有待于进一步深入的研究来证实。
根据太阳和星辰来导航本世纪初，有人信口提出了一个假说，认为鸟类是依靠太阳来指引方向的。德国鸟类学家克莱默博士设计了一套实验方案，用以测验这一假说。
克莱默注意到，当迁徙季节来临时，笼中的鸟会惶惶不可终日地乱跳。此时，他把几只关在笼子里的欧木放进一个圆形的亭子里，亭子里开个只能看见天空的窗，然后，他记录下亭中每只鸟栖息的位置。他发现，它们经常头朝着本应迁徙的方向。当窗户关上后，它们就会失去了方向，四处乱飞乱跳。后来，他装了一盏“灯光假太阳”，让人工太阳在错误的时间和方向升落。结果，亭中的鸟又朝向人工太阳的错误方向飞去。
克莱默博士的实验为太阳决定航向的假说找到了有力的证据。但是，在阴天或夜晚，没有太阳的时候，鸟儿又凭什么定向？而且，太阳位置也在不断地改变着，利用太阳测定方向是个非常复杂的问题。至少，鸟的身体中需要具备一种几乎相当于钟表的计时本领。英国生物学家马修斯指出，靠太阳指引飞行方向存在着各种困难了，但迁徙和觅途还乡的飞禽确实有这种本领。他推论说，鸟儿的夜间飞行方向可以凭借当天日间的太阳方位来决定，然后尽可能整夜维持不变，也许还可以从月亮和繁星的位置取得一些引导。
针对这种相当含糊的理论，德国佛雷堡大学的飞禽学专家绍尔博士提出了进一步的看法。他认为，飞鸟除根据太阳外，同样也能根据星辰决定它们的飞行方向。
绍尔博士主要研究长途飞行的莺，这种莺多半在夜间飞行。他一连做了很多夜间实验。他在迁徙季节把一批莺关在笼子里，摆在只能看见天上繁星的地方。他发现，莺们一瞥见夜空就开始振翅欲飞，而且它们每一只都会选好一个位置，像罗盘上的指针一样，对着它们曾一向迁徙的地方。他把笼子旋转到另一个方向上，莺们也跟着转向。他又把莺放在人造星空模型里，莺们还是选出了飞往他们在非洲冬季居住地的正确方向。但是，当人造星空的旋转圆顶把星辰位置摆错时，它们也就跟着错。这个实验证实了飞鸟根据星辰来进行定位的推测。
那么，飞禽为什么能根据太阳和星辰来导航呢？有些科学家提出，光照周期可能是其中的关键因素。他们认为，飞禽的体内都有生物钟，这些生物钟始终保持着与它们出生地或摄食地相同的太阳节律。另外一些科学家则认为，飞禽高超的导航本领是由于它们高度发达的眼睛能够测量出太阳的地平经度。不过，这些假设目前都没有结论。
另外，其中还有一点疑问。我们知道，在星辰导航中最重要的条件莫过于星星的位置了。可是天体并不是永恒不变的，像我们地球所在的太阳系行星都是在昼夜运行着，那些利用星辰导航的鸟儿为什么不会被那些明亮的运动行星所迷惑呢？这也是人们尚未揭开的奥秘。
遗传密码所决定的本能现在一种比较流行的理论认为，鸟类的迁徙习性和辨识旅途能力是与生俱来的，这只能用遗传来解释。
鸟类的迁徙习性是由史前时期觅食的困难所造成的。那时，为了寻找食物，鸟儿不得不进行周期性的长途旅行。这样年复一年，世世代代，经过漫长的演化过程，各种迁徙习性就被记录在它们的遗传密码上，然后经过核糖核酸（RNA）分子一代一代传下来。因此，那些很早就被它们父母遗弃了的幼鸟，在没有成鸟带领、也没有任何迁徙经验的情况下，仍然能成功地飞行千里，抵达它们从未到过的冬季摄食地。
科学家们曾用鹳鸟做过实验。生活在德国的鹳鸟有两个品种，一个生活在西部，一个生活在东部，它们在一定季节都要迁飞到埃及去。但这两个品种的鹳鸟迁移路线并不相同。生活在西部的鹳鸟是飞越法国和西班牙上空，然后越过直布罗陀海峡，沿着北非海岸，飞抵埃及的，而东部的鹳鸟则绕过地中海的末端直抵埃及。
科学家把东部鹳鸟的蛋，移置到西部鹳鸟的窝里，待孵出小鸟后，加上标记以便辨认。令人惊奇的是，东部小鸟长大迁飞时，并没有跟随饲养它们的养母（西部鹳鸟）一起飞行，而是按照自己祖先固有的东部鹳鸟路线飞行。
这个实验生动地表明，鹳鸟迁飞选择哪一条路线，并不是简单地跟随长辈的结果，而是遗传因素支配下的本能。
那么，这种遗传能力究竟是怎样形成的？既然知识的获得性不能遗传，那么定向识途的知识又怎么可能编入遗传密码呢？这又是摆在遗传学家面前的一大难题了。
在对飞鸟飞行定向的秘密的研究中，人们还发现，除了对地球磁场的反应、利用太阳和星辰导航和自身的遗传因素之外，飞禽的红外敏感性、它们的嗅觉和回声定位系统可能也在定向中起了一定的作用。但是，究竟是哪一种因素直接决定着飞鸟迢迢千里远行却从不迷路，这一神秘又有趣的生物之谜正等待着今人去破解。
