赛鸽定位机理的最新研究进展

最近的科学研究成果对赛鸽定向导航能力的生物机理做了新的阐述。

我相信去年我们已经向真正解开赛鸽导航机理之谜的目标迈出了重要一步。赛鸽眼睛的视网膜中存在一种以量子现象为基础的高灵敏“指向系统”。

鸽友们一直对科学家之前给出的对赛鸽定向机理的解释抱有怀疑的态度。赛鸽依靠气味迹象吗?这意味着如果一羽鸽子首次从某地释放,鸽子也可以嗅到自己的家,在几次参赛之后,不论以群体还是个体的方式飞行,他都可以向正确的方向行进,即使放飞地距离鸽巢有上千公里?或者他们可能依靠高速公路来帮助定位?但是如果他们从来没有到过某地呢?经验告诉我们这些理论都无法解释一羽赛鸽能够在未知区域迅速定向的原理。

现在科学家已经发现赛鸽视网膜分子能够保持比实验室系统更长的量子缠结(quantum entanglement)状态(Ritz等)。因为这种长时间量子状态和与对地磁场有关的方向变化,赛鸽能够感觉或者看到他们相对地磁场的飞行方向。

什么是量子纠缠呢?

爱因斯坦曾经将电子“不可思议的远距离作用”称为“量子纠缠”,因为两个成对电子之间的信息可以实现瞬间传递,不管这两个电子的距离有多远。瞬时传递意味着比光速还要快,虽然根据相对论理论,这是不可能的,但是试验已经发现这些例证,而与空间和时间无关。量子物理学家将该现象称为非定域性(non-locality)。这种纠缠能够让鸽子通过他们视网膜内细微的化学变化感知非定域电磁场的最细微变化。值得注意的是低于地磁场千分之一强度的15毫微特斯拉的磁场似乎已经足够影响他们对方向的感觉。只要存在量子纠缠状态能够持续,他们就可以有这样的感觉。很明显,赛鸽眼睛中分子间的相互作用为鸽子提供了方向感觉。以前发现的鸽子喙部存在能够感知地球磁场的磁性区域的理论,已经被最新在自然杂志发表的一篇文章否认,鸽子可以看到偏振光(例如他们可以透过云看到太阳)。但是拥有指南针并不能够保证你可以找到回家的路。以人为例,需要指南针和地图来在陌生地找到正确的路线。现在仍旧无法解释鸽子或者其他动物如何收集我们从地图上得到的相应信息。在有些物种中已经发现了这样的学习过程,但是这无法解释相应的定向问题。最新的研究成果揭示了鸽子体内的一些定向功能,这些涉及量子纠缠理论的研究也能够揭示一些赛鸽如何收集类似我们从地图上得到信息的机制。

我相信这些量子领域的新发现是正确方向上迈出的重要一步。德国研究者已经发现了生物系统例如DNA中量子相干的可能性(Gohler等)。这听起来可能像科幻小说,但对我来说,这是突破,当生物学家进入量子物理领域,最神奇的事情就会发生。这就是人们对赛鸽定向问题时经常说的:“这非常奇妙,他们是怎么做到的呢?”我们虽然还无法确切知道,但这些发现为谜题的最终揭开提供了新的希望。

参考文献:

Magnetic Compass of Birds Is Based on a Molecule with Optimal Directional Sensitivity
Thorsten Ritz, Roswitha Wiltschko, P.J. Hore, Christopher T. Rodgers, Katrin Stapput, Peter Thalau, Christiane R. Timmel  and Wolfgang Wiltschko
Department of Physics and Astronomy, University of California, Irvine, California
Fachbereich Biowissenschaften der J.W.Goethe-Universität, Frankfurt am Main, Germany
Department of Chemistry, University of Oxford, Oxford, United Kingdom

Spin Selectivity in Electron Transmission Through Self-Assembled Monolayers of Double-Stranded DNA. Science, 2011; 331 (6019): 894 DOI: 10.1126/science.1199339
B. Gohler, V. Hamelbeck, T. Z. Markus, M. Kettner, G. F. Hanne, Z. Vager, R. Naaman, H. Zacharias.