小鰻魚橫跨大西洋，精密的磁場導(dǎo)航系統(tǒng)來幫忙
?橫跨大西洋的年幼歐洲鰻鱺。Credit：Louis Bernatchez
撰文 | 鄧子卿 （香港大學(xué)生物科學(xué)學(xué)院博士研究生）
責(zé)編 | 陳曉雪
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從美洲大陸東岸附近的馬尾藻海域（圖一白色圓圈處）出發(fā)，抵達(dá)歐洲大陸的斯堪的納維亞半島（圖一中紅色坐標(biāo)），直線距離接近一萬公里。對歐洲鰻鱺（學(xué)名Anguilla anguilla）來說，這段距離連接著它們的兩個家鄉(xiāng)，連接著生與死。
每年，在馬尾藻海出生后不久，年幼的歐洲鰻鱺便踏上了前往歐洲的旅途。跨越北大西洋到達(dá)歐洲，它們會在斯堪的納維亞半島或地中海附近的淡水域中度過大部分的生命時光，通常是十年或更久。成年之后它們便游回到出生地馬尾藻海域，在那里交配產(chǎn)卵，并度過短暫的余生。新的生命孕育出世，又一代鰻魚將重走祖輩的旅途。幾個世紀(jì)以來，如此往復(fù)。
?圖一，歐洲鰻鱺的出生地馬尾藻海附近（白色坐標(biāo)處）與棲息地之一斯堪的納維亞半島（紅色坐標(biāo)）。圖片取自谷歌地圖。
一兩年內(nèi)，一萬公里，只身跨越兩個大陸的旅途[1]，即便對于大型動物來說也是不小的挑戰(zhàn)，小小鰻魚是如何完成的呢？科學(xué)家們早在幾十年就發(fā)現(xiàn)，機智的小鰻魚是通過搭順風(fēng)車，乘著灣流前往歐洲的（圖二，左側(cè)黃色箭頭，從A到D）。
灣流是大西洋環(huán)流的一部分，起始于墨西哥灣，沿著北美大陸的海岸線北上，經(jīng)紐芬蘭向東，然后一分為二，灣流的一部分繼續(xù)向北抵達(dá)北歐，一部分向南抵達(dá)歐洲西南部。不過，小鰻魚到底是如何搭上這一順風(fēng)車卻是未解之謎。
?圖二，灣流、磁場模擬地點以及實驗裝置示意圖。A位于馬尾藻海，B位于大西洋西北部，C位于大西洋北部，D位于英國威爾士（實驗室所在地）。ABCD中的三角形位置對應(yīng)于右側(cè)實驗裝置代表的12個方向，三角形大小代表游向某個方向的小鰻魚數(shù)量。
近日，來自美國、瑞士和英國的科學(xué)家共同合作，解開了這個謎團[2]。他們發(fā)現(xiàn)，小鰻魚是通過感知磁場強度和角度來導(dǎo)航的。不過與海龜以及大馬哈魚不同的是，小鰻魚導(dǎo)航的目的地不是某個固定地點，而是動態(tài)的洋流。在旅途中，它們會根據(jù)磁場信息改變游動方向以便進入灣流，然后開始輕松的順風(fēng)車之旅。這項研究發(fā)表在4月13日上線的《當(dāng)代生物學(xué)》（Current Biology）。
考慮到小鰻魚是“魚”生第一次走這條路線，又沒有年長鰻魚陪同，小鰻魚應(yīng)該是擁有天生的導(dǎo)航能力，于是研究者最先想到的就是磁場導(dǎo)航系統(tǒng)。
為了測試磁場對小鰻魚游向的影響，研究者在位于英國威爾士的實驗室中人工制造了電磁場環(huán)境，然后將小鰻魚放置其中以測試它們的游動方向。除了實驗室所在地的背景磁場（圖二，D），實驗還模擬了另外三個小鰻魚遷徙途中路過地點的磁場環(huán)境（圖二，ABC）。測試小鰻魚游動方向的實驗使用了如圖二（右側(cè)）所示的裝置。首先，每只小鰻魚都先被放置在容器X中以適應(yīng)新的人造磁場環(huán)境，之后容器X、Y和Z之間的隔層被拿掉，小鰻魚可以自由選擇留在容器X中或者游向容器Z中的某個隔間。容器Z被分成12個小隔間，代表羅盤上的12個方位，小鰻魚的選擇就代表了它偏好的游動方向。研究者在每個磁場環(huán)境下都測試了超過200條魚的游動方向，然后對得到的方向數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。
結(jié)果顯示，小鰻魚在四種不同磁場環(huán)境下的游向各有不同，說明小鰻魚的游向確實是受磁場影響的。與在實驗室磁場環(huán)境下的隨機游向（圖二，D）相比，小鰻魚在馬尾藻海域傾向于往西南方向游（圖二，A中綠色箭頭），在大西洋西北部海域傾向于往東北方向游（圖二，B中綠色箭頭），而在大西洋北部海域則是隨機游向（圖二，C）。更令人稱奇的是，馬尾藻海域和大西洋西北部海域的磁場強度只相差5%、磁場角度相差3%，小鰻魚卻能精確的感知兩地的不同進而游向相反的兩個方向，足見小鰻魚磁場導(dǎo)航系統(tǒng)的精密程度。
小鰻魚為什么會在不同的海域往不同的方向游呢？為了回答這個問題，研究者們對小鰻魚在不同海域游動產(chǎn)生的結(jié)果進行洋流的電腦模擬。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，小鰻魚在馬尾藻海域（圖二，A）和大西洋西北海域（圖二，B）的游向偏好能使它們進入灣流的成功率提高1.5倍（10%提高到15%）。而在大西洋北部（圖二，C），小鰻魚即使像木頭一樣漂流也有70%的概率能進入灣流，這樣看來小鰻魚在大西洋北部的隨機游向也算的上是比較“經(jīng)濟”的選擇了。
小鰻魚前往歐洲的秘訣算是被揭秘了，不過成年鰻魚如何返回馬尾藻海域產(chǎn)卵還尚不清楚。研究者認(rèn)為，成年鰻魚很有可能也是依靠類似的磁場導(dǎo)航系統(tǒng)找到馬尾藻海的，這還有待他們進一步的實驗驗證。
參考文獻(xiàn)：
Arai T, Otake T, Tsukamoto K. Timing of metamorphosis and larval segregation of the Atlantic eels Anguilla rostrata and A. anguilla, as revealed by otolith microstructure and microchemistry[J]. Marine Biology, 2000, 137(1): 39-45.
Naisbett-Jones L C, Putman N F, Stephenson J F, et al. A Magnetic Map Leads Juvenile European Eels to the Gulf Stream[J]. Current Biology, 2017.
