动物导航与生物节奏:惯性论

尽管目前已拥有大量知识并有许多科学家从事动物导航及生物节律科学的研究,但对这两门学科涉及的一些基本问题仍未找到答案。动物导航所提出的几种模式都有关“钟”的概念,这表明动物导航与生物节律之间有一种相互作用,在本模式中这两方面的问题主要是由同一物理机制联系起来的。动物利用惯性导航的概念并不新鲜。早期的倡导者有达尔文·伊辛(Ising)、伊格勒(yeagley)、巴洛(Barlow)等人。本模式除了用于上述这些较早期模式的概念外,对生物体如何利用生物惯性传感器获得时空信息提出了一些全新的见解。

浅谈动物导航行为及其原理

动物导航在动物界十分常见,对其深入研究在仿生学上有重大作用。本文列举总结了利用地标导航、利用太阳导航、利用星星及星空导航、利用磁场导航、利用电场导航、利用嗅觉导航和利用视觉导航的表现和原理。横向对比了不同导航方式的特点,展望了动物导航的研究方向。

动物的磁感应

动物迁徙始终是一个未完全解开的谜，跋涉成千上万公里而不迷路，究竟是什么在起导航作用？其生物学原理究竟是什么？

动物地磁导航机制研究进展

地磁场是地球重要的物理场,它不仅能保护地球生物免受太阳风及其他宇宙射线的伤害,阻挡地球生命赖以生存的大气圈和水圈被剥蚀,为地球生物提供一个温和的生存进化环境,而且其强度、偏角和倾角能为动物迁徙提供定位导航参考。目前,行为学研究已经发现许多鸟类、爬行类、两栖类、哺乳类等动物都能够利用地磁场导航。动物感知地磁场的磁感受器(magnetoreceptor)、磁信息的感知机制和信号传递通路一直是动物地磁导航研究的焦点和难点,但目前对它们的了解并不十分清楚。基于国内外学者最近的研究成果,本文首先介绍三种主要的磁感知机制及其相应的证据:电磁感应、基于光受体的磁感知及基于磁铁矿纳米颗粒的磁感知。其次,总结鸟类基于光受体和磁铁矿纳米颗粒的磁感知神经通路和相应的磁信息响应脑区:(1)眼睛视网膜上光依赖的磁感受器——隐花色素通过视觉通路与大脑联系获取准确方向信息;(2)上喙或内耳中的磁铁矿纳米颗粒磁感受器,通过三叉神经或内耳听壶传入神经将感知的磁场强度信息传至脑干前庭区域,获得"导航图"信息。最后,简要总结近年来哺乳动物地磁导航的研究进展,并指出动物地磁导航研究当前亟待解决的几个重要科学问题。

地磁场与动物感磁

地球上生物的起源和演化都在地球磁场的重要保护中进行.在长期的演化过程中,动物具有了感磁能力以适应地磁场环境,从而帮助动物能够更好地完成其生理活动.揭示地磁场变化与生物圈演化之间的联系,理解现在、过去和未来地磁场变化的生物学效应是生物地磁学研究的主要目标.已有研究发现,许多动物可利用地磁场信息进行定向和导航;地磁场是维持地球生物正常的生理活动和生长发育必不可少的环境因子.本文围绕地磁场与动物地磁导航以及地磁场减弱对动物的可能影响两个方面进行评述.主要阐述动物地磁导航研究在行为学、神经生理学、生物磁学等方面的进展和有关动物感磁机理的3种假说:电磁感应假说、基于磁铁矿感磁假说和基于自由基感磁假说.讨论地磁场变化(磁场强度降低)引起动物生理活动和生长发育异常等多方面的生物学效应,并提出磁场变化引起生物学效应的3种可能途径:磁性金属途径、自由基途径和骨架蛋白途径.细胞内的磁性物质、自由基产物或骨架蛋白可能是动物响应磁场的中介物,它们引起生物体不同水平上的效应.随着现代多学科交叉融合和新实验技术的应用,可以预见在不久的将来人们可以更加准确地在分子水平上解析出动物响应地磁场变化的作用机理.

Progress in Studies of Geomagnetic Navigation of Animals

The geomagnetic field may play a key role in orientation and navigation of many long-distance mi- gratory animals. Taking homing and migrating birds as examples, this paper reviews recent progress in studies of geomagnetic "compass" of animals. Moreover, we propose to address two aspects in future geomagnetic orientation research :(1) what are the true components of the "map"? ( 2 ) What are the magneto-receptors and which brain areas acquire and process the geomagnetic field informa- tion ?