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知識大圖解:自然界的衛星導航

Nature's satnavs

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在見不到日月星辰的陰雨天,人類會使用指南針導航;最初製作指南針的材質是具有磁性的極磁鐵礦,也稱磁鐵礦。極磁鐵礦是種氧化鐵,更是地球上最具磁性的天然物質。有趣的是,地球上數種動物也演化出利用極磁鐵礦的體內指南針。

自古以來,這種用來導航的適應機制便已存在,即便是細菌這類結構簡單的生物體,也可以察覺到地球磁場。趨磁細菌會製造一串連續的磁鐵礦或是硫複鐵礦(類似磁鐵礦的氧化鐵)。這一連續的磁鐵礦或是硫複鐵礦會在地球磁場中旋轉,而這些微生物很輕,因此也會跟著旋轉──就如同指南針的指針。趨磁細菌運用體內的指南針,可以避免遭外力帶離最適生存的狹小棲息區域。

磁鐵礦也存在於企鵝、魚類等更大型生物的體內,但牠們並不是運用磁鐵礦讓身體像指南針指針般旋轉,而是把這種金屬化合物融合在神經細胞內。因此這些生物基本上有如配置了導航的第六感般,加上運用地標、太陽方位等,便能辨識方向。

生物不只會運用磁性金屬以察覺地球磁場;有些物種還可利用眼中的隱色素蛋白質察看磁場。隱色素蛋白質細胞另可調節晝夜節律的醒睡週期,對藍光有反應,並會產生兩個旋轉且具有化學反應性的自由基分子。地球磁場會改變這些自由基的旋轉方向,讓動物得以確認身在何處。

鯊魚與魟魚等軟骨魚類也可察覺地球磁場。軟骨魚類臉上有特別的羅倫氏壺腹器官,能感應水中電場。洋流不僅會受到地球磁場影響,還會釋放電子信號;軟骨魚類的神經細胞可感知這些電子信號以確定方位。

信鴿是怎麼從一處飛到另一處?

有人認為信鴿為了在新環境中飛行,會運用整合過的種種線索。信鴿的磁感能夠感知地球磁場,以判斷自己大約身在何處。在過去,人們往往認為信鴿判別方位是利用喙中一群含鐵細胞──使得鳥喙如同指南針般;而直至最近才確認這些含有鐵質的細胞原來是免疫系統細胞。最新研究發現,信鴿有兩套不同的系統可用來偵測地球磁場,一套在眼睛裡,另一套則在耳朵中。

人類可以感覺到地球磁場嗎?

有證據顯示大型哺乳類動物,甚至人類,或許也能感受到地球磁場。人類鼻骨裡發現有磁鐵礦,而人類眼睛中更發現有對磁性敏感的隱色素。即便如此,我們對磁場感受的理解仍不夠透徹。然而,熱衷身體改造的團體持續進行著磁性敏感度的試驗;受試者利用整形技術,將以矽包覆的釹磁鐵植入指尖。指尖植有磁鐵的受試者可使迴紋針漂浮起來。

本文節錄自《How It Works知識大圖解 國際中文版》第05期(2015年2月號)

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