如果没有方便的GPS来指引它们,动物们已经进化出了几种有趣的方式来定位自己、四处活动和找到回家的路。鸟类、无脊椎动物、爬行动物、鱼类和两栖动物——其中一些会进行长距离迁徙——利用地球磁场、月亮、太阳和星星,以及大气中的偏振光模式。甚至连蜣螂也会利用银河系。
但已知能感知偏振光的哺乳动物只有一种:我们。下次你在游泳池边时,可以自己试试,戴上一副偏光太阳镜。眩光会消失,因为镜片中的滤光片可以消除从水面上方反射过来的光线。但我们并不会利用这一点来判断哪个方向是北方,哪个方向是西方。
现在,生物学家们首次发现蝙蝠会这样做。它们是已知的(至少到目前为止)唯一会利用光线来达到此目的的哺乳动物。
德国和英国的生物学家在日落时分移动了一些雌性大耳蝠,以证明它们利用偏振光来校准它们的内部罗盘。这些夜行动物在准备活动时会进行自我校准,这使得它们在寻找食物时能够朝着正确的方向飞行。
偏振光是地球大气中光线反射的特征。水滴、灰尘、空气中的颗粒以及空气本身会散射来自太阳的光线(这就是天空是蓝色的原因),但这种散射遵循特定的模式。这些模式取决于太阳在天空中的位置。当太阳高挂天空时,偏振模式更难分辨,而在日落和日出时,当太阳靠近地平线时,偏振模式则更强。
如果你能看到这些模式,它们看起来会像一条条光带,从太阳向外延伸90度,横跨天顶(天空顶部),并指向西方90度。当你非常靠近或非常远离太阳时,这些模式会稍弱一些。
与鸟类一样,蝙蝠显然会观察这些模式,并利用它们来校准它们的磁罗盘。
Stefan Greif、Richard Holland及其同事向70只成年雌性蝙蝠展示了日落时分的两种不同偏振光模式,一种是自然模式,另一种是测试模式,在这种模式下,偏振模式被偏移了90度。然后,他们将蝙蝠从保加利亚的家园迁徙了15英里,并在凌晨1点(当时天色漆黑)将它们放飞。无线电标签跟踪了蝙蝠飞行的方向。
研究人员发现,暴露在自然偏振光模式下的蝙蝠被正确地定向在南北方向。暴露在测试模式下的蝙蝠则朝着与对照蝙蝠不同的方向飞行了90度。
作者指出,蝙蝠本可以利用太阳本身来确定基准方向,但它们显然忽略了这一线索,转而观察偏振光。这可能是因为太阳并非总是可靠的。
“即使太阳的确切位置被云层遮挡,偏振仍然可以提供准确的信息,”他们写道。
这很有趣,因为蝙蝠是第一个被证明以这种方式利用这种自然线索的哺乳动物。它们确实利用地球磁场来定位自己,然后利用回声定位在黑暗中狩猎和导航。但了解到它们也使用偏振光是新的一步。
一个有趣的例外:这项实验中的科学家仍然不知道蝙蝠是如何做到这一点的。它们可能在眼睛里有一些特殊的感光器,或者它们可能比其他哺乳动物对更红的波长光线更敏感。无论如何,这些发现都表明哺乳动物的眼睛里存在着一些有趣的事情。
参考:Greif, S. et al. A functional role of the sky’s polarization pattern for orientation in the greater mouse-eared bat. Nat. Commun. 5:4488 DOI: 10.1038/ncomms5488 (2014)。