動物感應磁場的科學 — 狗狗向北排便最順

立場新聞 2016/12/21 17:34

    每個狗主遛狗都會知道，狗隻在街上如廁，一定會轉幾個圈、聞清楚地上氣味，再對準最佳位置，然後抖震一番才小心翼翼「放低幾兩」。你可有想過究竟牠們為什麼這樣做？
    答案可能與地球磁場有關。 2013 年的研究發現 [1] ，狗隻較喜歡將自己與地球南北軸對準，令自己如廁時更舒服。除了狗隻，很多動物如海龜、候鳥甚至昆蟲一直被懷疑有磁場感應的器官作為導航系統。
    而這假說早在 50 年前由昆蟲學家 Purushottam Deoras 提出 [2] 。他在孟買的多個白蟻巢穴發現，幾乎所有蟻后休息時頭部都向著北方。自此，愈來愈多學者發現更多品種的動物都有類似行為。
    這亦令到德國動物學家 Hynek Burda 思索，究竟大型動物會否有同類型的行為。在其 2008 年的研究 [3] ，他與捷克學者 Jaroslav Cerveny 以 Google Earth 圖片，分析六大洲 8,000 頭的牛，並認為動物總括而言喜歡對齊地球磁場南北軸行事。
    不過， 2011 年另一位捷克學者 Lukas Jelinek 的團隊同樣以 Google Earth 圖片分析 [4] ，卻無類似發現；其後 Burda 的團隊再度發表報告 [5] ，指只有低密度的牛群，因環境較為寬敞，能決定面向哪一方，同時鹿、野豬也有相似行為。
    至於為何這些動物要面向特定方位仍然是謎。動物這樣做有可能是純粹自我感覺良好，但也有機會是為調整體內的「導航系統」，在緊急情況下能迅速逃到安全地方，避免被捕獵者獵殺。而事實上， Burda 的團隊在 2011 年也曾發現 [6] ，赤狐在捕獵時先面向南北軸，其捕獵成功率會高達 72% ，團隊就估計赤狐以磁場更準確計算與獵物的距離，令其更易捕捉到獵物。
    至於動物怎樣感應到磁場更難解釋。過去 50 年的候鳥研究提供了多個不同機制解釋感應能力，其中一個就指雀鳥跟細菌與蜜蜂一樣，身體有磁鐵礦物 (magnetite) ，容許牠們感應到南北磁力，而雀鳥的磁鐵礦物就在喙上，一直以來都被假設會將感應到的磁場資訊傳到大腦。
    不過，2013 年奧地利研究團隊從鴿子發現 [7] ，喙上神經細胞的磁鐵礦物會與某些白血球黏在一起，就算這些細胞能探測到磁場，也無法透過神經將訊息傳腦部。團隊繼而估計鴿子內耳細胞帶豐富鐵粉，讓牠們行動時找到正確方向。
    另一種說法就認為，很多動物的視網膜也有隱花色素 (cryptochrome) ，而這些光感蛋白帶的電子會受磁場影響，動物尤其狐狸就可以透過眼睛「看到」磁場。去年，北京大學學者謝燦的團隊就發現 [8] 一種名為 MagR 的蛋白會與隱花色素產生反應，形成一個圓柱型的磁性結構，幫助動物感應地球磁場。
    雖然，現時生物學界仍未有共識各種動物如何感受磁場，但我們已知能偵測到磁場的動物品種數量正逐步增加；而由於磁場對動物的影響難以察覺，這方面的研究進度其實十分緩慢。例如，狗隻如廁要對準南北軸的情況很易受太陽活動影響磁場而變得非常隨機，候鳥以及其他要遷徙的品種也同樣會因磁場不穩影響其感應力。
    或許你會問，人類其實會否有磁場感應力？有些研究就曾指人類的健康與行為會受磁場影響： 2004 年就有研究指血壓會因地磁運動而變動 [9] ； 2006 年的一份研究更指 [10] 磁場最受影響期間，自殺率也同時升到最高。不過，這方面的研究仍有一定爭議性，未來還需進一步的分析才有定論。
    研究：
    1. 1. Hart, V., Nováková, P., & et al. (2013). Dogs are sensitive to small variations of the Earth’s magnetic field. Frontiers in Zoology 2013 10:80. DOI: 10.1186/1742-9994-10-80
    2. International Symposium on Termites in the Humid Tropics (1960 : New Delhi, India) & Zoological Survey of India & Unesco. South Asia Science Co-operation Office (1962). Termites in the humid tropics : proceedings of the New Delhi symposium. Unesco, Paris.
    3. Begall, S., Červený, J. & et al. (2008). Magnetic alignment in grazing and resting cattle and deer. PNAS 2008 105 (36) 13451-13455; published ahead of print August 25, 2008. doi:10.1073/pnas.0803650105
    4. Hert, J., Jelinek, L. & et al. (2011). No alignment of cattle along geomagnetic field lines found. J Comp Physiol A (2011) 197: 677. doi:10.1007/s00359-011-0628-7
    5. Burda, H., Begall, S., Červený, J., Neef, J., & Němec, P. (2009). Extremely low-frequency electromagnetic fields disrupt magnetic alignment of ruminants. PNAS 106(14), 5708–5713. doi: 10.1073/pnas.0811194106 
    6. Burda, H., Begall, S., Červený, J. & et al. (2011). Directional preference may enhance hunting accuracy in foraging foxes. Biol. Lett. Published 12 Jan 2011. DOI: 10.1098/rsbl.2010.1145
    7. Lauwers, M, Pichler, P. & et al. (2013). An Iron-Rich Organelle in the Cuticular Plate of Avian Hair Cells. Current Biology 23(10), pp924-929, 20 May 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2013.04.025
    8. Qin, S., Yin, H. & et al. (2015). A magnetic protein biocompass. Nature Materials 15, 217–226. doi:10.1038/nmat4484
    9. Dimitrova, S., Stoilova, I. & Cholakov, I. (2004). Influence of local geomagnetic storms on arterial blood pressure. Bioelectromagnetics 25(6):408-14, September 2004. DOI: 10.1002/bem.20009
    10. Berk, M., Dodd, S. & Henry, M. (2006). Do ambient electromagnetic fields affect behaviour? A demonstration of the relationship between geomagnetic storm activity and suicide. Bioelectromagnetics 2006 Feb;27(2):151-5. DOI: 10.1002/bem.20190
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