本書追溯了進(jìn)化史歷史，表明合作與共生在地球上不斷增加的生物復(fù)雜性中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。生命可能是從合作的有機(jī)分子的進(jìn)化開始的。共生的一個主要例子是生命早期將線粒體摻入真核細(xì)胞(通過稱為“內(nèi)共生”的過程)，這為這些細(xì)胞提供了強(qiáng)大的新能源。
◎ 動物們的“花式導(dǎo)航本能”，讓手握高科技的人類自嘆不如，會有隱形的地圖和羅盤指引著它們嗎？
失去地圖和指南針，我們輕易就會迷路，動物卻能依靠星光、磁場、聲音、氣味、記憶甚至特有的器官找到方向。從沿直線滾糞球的蜣螂到年年往返的候鳥，再到穿越大洋繁衍的鯨類，本書呈現(xiàn)了動物們的各種尋路技巧，讓人大開眼界。是大自然隱藏著人類看不見的地圖和羅盤嗎，還是動物的智能其實遠(yuǎn)超我們想象？
◎ 一部動物導(dǎo)航之謎探索史，動物學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、地理學(xué)、天文學(xué)、神經(jīng)學(xué)、心理學(xué)……眾多領(lǐng)域?qū)＜业亩鄻咏庾x
從早期博物學(xué)者到諾貝爾獎得主，科學(xué)家不斷在追蹤動物的路上探索導(dǎo)航奧秘。即使擁有高端儀器，動物中的“超級導(dǎo)航者”仍給我們留下眾多未解之謎。在科學(xué)技術(shù)與自然造物的精彩碰撞中，我們將領(lǐng)略生命的神奇。
◎ 深究大腦產(chǎn)生方向感的根源，串起一段導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展歷史
不論是土著部落、遠(yuǎn)洋水手還是城市居民，人類作為一種動物也有獨特的尋路方式，我們也將在這本書中探索大腦產(chǎn)生方向感的奧秘；從地圖、羅盤、六分儀到GPS的發(fā)明，鋪開一段人類尋找方向的歷程。
◎ 由科學(xué)敘述引發(fā)人文思考，守護(hù)動物尋路的自然奇觀
對工具的依賴讓人類自身的能力“退化”，關(guān)于動物導(dǎo)航的研究能為我們重拾方向帶來何許靈感？對自然的利用和開發(fā)，讓動物歸家的路標(biāo)日漸消失，我們又能做些什么來保護(hù)這非凡的奇跡？關(guān)于人與地球的未來，我們也應(yīng)找到正確的路。
序言
此時此刻，一只烏鴉從我的窗前飛過。它看上去很有目的性，仿佛要去完成一項只有它自己知道的任務(wù)。一只熊蜂正在有條不紊地拜訪花園里的鮮花。一只蝴蝶扇動著翅膀迅速越過高墻，狂野地四處流連，停留片刻，接著又飛了起來。一只貓正沿著小徑走著，之后便鉆進(jìn)了灌木叢里，而在頭頂上方，一架滿載乘客的客機(jī)正準(zhǔn)備降落希思羅機(jī)場。
看看你周圍吧。無論在什么地方，動物們，不管是大的小的、人類還是非人類，都在移動。它們可能在尋找食物或者配偶，也可能在為躲避冬天的寒冷或夏天的炎熱而遷徙，抑或只是在回家的路上。一些動物踏上了橫跨地球的旅程，而另一些動物只是在自己的居所附近溜達(dá)。然而，無論你是一只從地球一端飛到另一端的北極燕鷗，還是一只叼著死蒼蠅沖回巢穴的沙漠螞蟻，你都必須能夠找到自己的路。顯而易見，這是一個生死攸關(guān)的問題。
當(dāng)黃蜂飛出去狩獵時，它是如何再次找到自己巢穴的呢？蜣螂是如何沿直線滾糞球的呢？在繞著整個海洋轉(zhuǎn)了一圈之后，是什么奇特的感覺指引一只海龜回到它出生的海灘產(chǎn)卵的呢？當(dāng)一只鴿子被放飛在距離它的鴿舍數(shù)百千米之外的某個它從未到過的地方時，它如何找到回家的路呢？還有世界上某些地區(qū)的原住民，他們?nèi)匀荒茉跊]有地圖或指南針的情況下（更別說GPS了）進(jìn)行漫長而艱難的海上或陸地旅行，這又是怎么做到的呢？
在這本書中，我想探討的第一個問題非常簡單，即動物（包括人類）如何找到它們?nèi)ネ鞯氐穆罚空缒銓⒖吹降哪菢�，答案本身很吸引人，但它們引發(fā)了更多的問題，涉及我們與周圍世界之間不斷變化的關(guān)系。人類正在拋棄我們曾經(jīng)長期依賴的基本導(dǎo)航技能。現(xiàn)在我們可以毫不費力且精準(zhǔn)地確定我們在地球表面上的任何位置，甚至都不用思考——只需按一下按鈕即可。這很重要嗎？我們還不確定，但在最后幾章，我將探討那些事關(guān)重大的問題。它們真的很重要。
在開始之前，我想先簡單談一談日常生活中的一些導(dǎo)航挑戰(zhàn)，這或許有助于我們做好準(zhǔn)備。所以，不妨思考一下，當(dāng)你抵達(dá)一座陌生城市時，你是如何應(yīng)對的。
你的第一個導(dǎo)航任務(wù)是找到從飛機(jī)艙門通過入境檢查站到行李大廳的路。即便是這種室內(nèi)導(dǎo)航也會帶來困難，尤其是如果你的視力受損的話，但我們通�？梢酝ㄟ^跟隨標(biāo)識來克服這些困難。一旦坐上出租車或公共汽車，你就可以放松下來，讓司機(jī)去做決定了。
到達(dá)酒店后，你必須先找到登記服務(wù)臺，確定入住房間的位置——標(biāo)識將再次幫上大忙。早上，你可能會想去附近走走。你的帶有GPS功能的手機(jī)發(fā)出的迷人聲音可以為你提供準(zhǔn)確的方向，但那不是真正的導(dǎo)航，因為你是在被告知要做什么。
如果你是個思想獨立的人，傾向于自己找路，你大概會去找一張紙質(zhì)地圖。第一個真實挑戰(zhàn)就是在地圖上找到你的酒店，換句話說，確定你的位置。接下來，你需要找到你想?yún)⒂^的景點，搞清楚如何抵達(dá)這些景點以及需要多長時間。這意味著你需要測量距離并估算自己的大概速度，而這就產(chǎn)生了測量時間的問題。雖然乍一看不明顯，但對導(dǎo)航而言，時間和空間一樣重要。
旅行計劃到此為止。現(xiàn)在你面臨著另一個問題，即離開酒店時，是左轉(zhuǎn)還是右轉(zhuǎn)。因此，在出發(fā)之前，你還需要知道自己面對的是哪個方位。有多種方法可以解決這個關(guān)鍵問題。你可以參考手機(jī)內(nèi)置的指南針，也可以通過確認(rèn)你所在街道的名稱來確定自己的方位。此外，通過觀察影子來判斷太陽的位置或許對你也會有所幫助。接下來，一旦開始行走，你就需要通過對照地圖來查看地標(biāo)和街道名稱，以記錄自己的進(jìn)展。
隨著出門游覽次數(shù)的逐漸增多，你開始掌握這座城市的布局——每部分是如何與它的相鄰部分聯(lián)系的。這是一個記住地標(biāo)并在它們之間建立幾何關(guān)系的過程。眾所周知，有些人比其他人更擅長找路，但是如果你精通這種導(dǎo)航，你就會有信心在即便不看地圖的情況下也能進(jìn)行更長、更復(fù)雜的旅行，而且不再只是往返于酒店之間，可能會開始走那些連接城市不同區(qū)域的路線。此時，你已經(jīng)獲得了這座城市的“認(rèn)知地圖”（mental map）。
但是你可能會采用一種非常不同的導(dǎo)航技術(shù)。不使用地圖，只是跟著自己的感覺走，直到發(fā)現(xiàn)自己感興趣的東西，與此同時，要始終密切關(guān)注自己的前進(jìn)方向和距離，以便你能安全地找到回酒店的路。
這一過程和傳說中古希臘英雄忒修斯（Theseus）使用的方法類似。在進(jìn)入牛頭人彌諾陶洛斯的迷宮后，忒修斯解開了阿里阿德涅給他的線團(tuán)，正是這個“線索”讓他能夠在殺死這頭怪物之后找到返回的路。在繁忙的現(xiàn)代都市，線團(tuán)并不是一種實用的導(dǎo)航工具，因此在實踐中，沒有地圖的導(dǎo)航依賴于仔細(xì)的觀察和記憶。
借助地圖和不借助地圖的導(dǎo)航之間的差別是至關(guān)重要的，這也適用于非人類動物。地圖（無論是實體的還是存在于大腦之中的）提供了巨大的優(yōu)勢，尤其能夠用來構(gòu)建節(jié)省寶貴時間和精力的捷徑，或者繞道而行以躲避危險和障礙。一些動物似乎確實會使用某種地圖（盡管它們顯然不是印刷在紙上的），但這一點很難證明，而探究這些地圖是如何發(fā)揮作用的就更難了。這些是科學(xué)家們在探索動物的導(dǎo)航能力時面臨的一些深層次的問題。
本書的結(jié)構(gòu)反映了無地圖導(dǎo)航和基于地圖的導(dǎo)航之間的差別。在第一部分，我將重點放在了動物在沒有地圖的情況下是如何導(dǎo)航的；在第二部分，我討論了不同動物使用各類地圖的可能性，以及它們的大腦中存在類似地圖的世界表征的證據(jù)；在最后一部分，我思考了動物導(dǎo)航科學(xué)對我們?nèi)祟惖囊饬x。
每一章之間都用一個小故事隔開，以介紹動物導(dǎo)航的一些例子，通常是令人費解的例子，正文里無法恰當(dāng)?shù)厝菁{這些例子。我希望，這些例子不僅能夠娛樂讀者，還能揭示目前仍有很多謎團(tuán)有待解開。
動物導(dǎo)航是一個龐大而復(fù)雜的研究領(lǐng)域，在這樣一本簡短的書中，我只能強(qiáng)調(diào)其中的一些重要主題。本書遠(yuǎn)不是對這個主題的詳盡描述，因為它是針對普通讀者而不是專業(yè)讀者而寫，所以我盡量避免使用專業(yè)術(shù)語。
我寫的東西不僅反映了我的個人興趣，在一定程度上也反映了我和那些塑造了我的研究道路的科學(xué)家的接觸。我的注意力主要集中在描述動物們做了什么以及如何做，而不是討論為什么。如果嘗試回答最后一個問題，將會產(chǎn)生足以再寫幾本書的素材。
最后，我必須談一談動物福利。
在動物導(dǎo)航領(lǐng)域（就像其他研究領(lǐng)域一樣），科學(xué)家們的工作受到嚴(yán)格的道德規(guī)范的約束，我采訪過的所有人都非常認(rèn)真地承擔(dān)了避免施加痛苦的責(zé)任。但是他們當(dāng)中的一些人仍然在進(jìn)行讓動物受到傷害的實驗，而關(guān)于該主題的任何忽視他們工作結(jié)果的敘述不但是不完整的，而且極具誤導(dǎo)性。
我堅信，我們應(yīng)該尊重我們的動物伙伴，因此，我們必須避免輕率地把我們的需求置于它們的需求之前。我們?nèi)绾未_定哪些動物實驗是合理的，這是個難以回答的問題，但至少我們應(yīng)該盡自己所能，確保我們自己不去造成傷害。老實說，我一點也不確定我們對甲殼類和昆蟲等動物的了解是否足以讓我們有信心在這方面做出判斷。
一些讀者可能會覺得在追求知識的過程中傷害動物是絕對不合理的，在任何情況下都不合理。當(dāng)然，全面禁止對動物進(jìn)行有害的實驗在倫理上是站得住腳的，不過我懷疑我們當(dāng)中很少有人愿意承擔(dān)這樣做的后果，特別是當(dāng)涉及醫(yī)學(xué)研究的時候。但令人欣慰的是，近年來用于實驗的動物的數(shù)量一直在減少（至少在英國是這樣）。
關(guān)于動物科學(xué)研究的倫理問題存在很大爭議，而我當(dāng)然不會假裝自己知道所有答案，但對科學(xué)家提出比我們其他人更高的標(biāo)準(zhǔn)肯定是不對的。
大衛(wèi)·巴里（David Barrie）
英國作家、前外交官、藝術(shù)管理者、法律活動家，英國皇家航海學(xué)會會員。他是著名作家、《彼得·潘》作者詹姆斯·馬修·巴里爵士的后人。作為航海愛好者，巴里19歲就完成了穿越北大西洋的航行。他先在牛津大學(xué)學(xué)習(xí)心理學(xué)和哲學(xué)，后又進(jìn)行動物行為科學(xué)研究。2014年，大衛(wèi)·巴里出版了第一本書《六分儀：星光指引的航行與繪制海洋地圖的人》，本書是他的第二部作品。
序言
第一部分 無地圖導(dǎo)航
1 斯特德曼先生和帝王蝶
2 吉姆·洛弗爾的魔毯
3 錯綜復(fù)雜且恐怖的叢林
4 沙漠中的戰(zhàn)爭和螞蟻
5 跳舞的蜜蜂
6 航位推算
7 昆蟲界的賽馬
8 依靠天空的形狀辨別方向
9 鳥類如何找到真北？
10 仰望天空的蜣螂
11 巨大的孔雀蛾
12 鳥類可以聞出回家的路嗎？
13 聲音導(dǎo)航
14 地球的磁場
15 那么帝王蝶如何導(dǎo)航？
16 伽馬銀紋夜蛾
17 大雪山的黑暗領(lǐng)主
第二部分 圣杯
18 地圖和羅盤導(dǎo)航
19 鳥類能解決經(jīng)度問題嗎？
20 海龜?shù)膶?dǎo)航之謎
21 哥斯達(dá)黎加大抵達(dá)
22 黑暗中的光
23 巨大的磁場之謎
24 我們大腦中的海馬體
25 人類的導(dǎo)航大腦
第三部分 導(dǎo)航為什么重要？
26 地球的語言
27 結(jié)論
致謝
精選參考書目
索引
仰望天空的蜣螂
在法國南部閑逛了半小時的我被一只閃閃發(fā)亮的黑色蜣螂迷住了，當(dāng)時它正不知疲倦地試圖將糞球推上一個狹窄而陡峭的坡。一次又一次，每當(dāng)糞球快接近頂部時，就會失去控制，因此它不得不回到下面重新開始，但最終它成功了，我簡直想為其鼓掌。
古埃及人崇拜蜣螂，認(rèn)為它象征著太陽神凱布利（Khepri）——他將太陽從地下世界滾到了東邊天空。研究了它們多年的埃里克·沃蘭特對蜣螂幾乎表現(xiàn)出了同樣的欽佩之情：“它們的意志力是如此堅定。這也是為什么與它們一起共事會如此美妙。在很多方面，它們就像小型機(jī)器——隨時隨地都在滾動糞球�！�
沿直線滾糞球聽上去可能不太像一項令人難忘的壯舉。但請記住，蜣螂首先需要將糞便滾成一個精確的球體（否則它根本滾動不起來），然后它還需要用它最后面的那兩條腿向后操縱糞球，穿過可能非常不平坦的地面。
在過去的20年里，沃蘭特和他的同事瑪麗·達(dá)克（Marie Dacke）開展了一系列關(guān)于蜣螂導(dǎo)航的有趣實驗，這些實驗引起了公眾的廣泛關(guān)注，并有一項獲得了搞笑諾貝爾獎。該主辦單位每年都會在波士頓舉辦頒獎儀式，以表彰那些“乍看之下令人發(fā)笑，之后發(fā)人深省”的科學(xué)研究。而設(shè)立它的初衷是鼓勵人們關(guān)注我們周圍世界的奇異之處，以及研究這個世界的科學(xué)家們的非凡且通常相當(dāng)古怪的奉獻(xiàn)精神。
盡管這一獎項不應(yīng)該被太當(dāng)真，但它以自己的方式在業(yè)界享有很高的聲望，而且總是有真正的諾貝爾獎得主出席頒獎典禮。當(dāng)沃蘭特和他的團(tuán)隊上臺領(lǐng)獎時，還有一個小女孩站在臺上，每個獲獎?wù)叨紩驈V大觀眾發(fā)表簡短的演講，以介紹他們的研究。這個小女孩的任務(wù)就是，當(dāng)她覺得演講者的內(nèi)容變得無聊時，就讓他們閉嘴。沃蘭特是少數(shù)幾個演講未被打斷的人之一。
在沃蘭特的科研生涯之初，他研究的是蜣螂在黑暗中如何看東西。當(dāng)時非洲蜣螂（也被稱為“圣甲蟲”）被引入澳大利亞是為了解決早期進(jìn)口動物（牛）所帶來的問題，因為當(dāng)?shù)氐尿掾胫涣?xí)慣于處理袋鼠的糞便，它們不知道該如何處理堆積如山的牛糞，而這些牛糞給當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)造成了嚴(yán)重的損失。對初來乍到的非洲蜣螂來說，澳大利亞一定像天堂一樣——堆積著大量糞便，而且沒有競爭對手。它們開始迅速而高效地掩埋自己的當(dāng)?shù)乇碛H一直視而不見的東西，從而恢復(fù)了澳大利亞牧場的生產(chǎn)力，而且顯然沒有給其他動物帶來任何麻煩。
1996年，沃蘭特在南非的克魯格國家公園（Kruger National Park）參加了一場關(guān)于蜣螂生態(tài)學(xué)的會議。在那里，他第一次聽說滾糞球的蜣螂。和他所熟悉的那些甲蟲不同，這些甲蟲會將糞便鏟起，并嫻熟地將其塑造成小球，然后以最快的速度滾走。之后，它們會吃糞球或者在里面產(chǎn)卵，然后再將其掩埋起來，作為孵化出的幼蟲的食物。
沃蘭特記得自己聽到演講者說：“太神奇了，它們總是沿直線滾糞球，我不知道它們是怎么做到的�！彼谟^眾席里興奮地思考著：“我知道，我知道：它們一定是利用了夜空中的偏振光模式！”他舉起手，問了一個問題，然后他的職業(yè)生涯就此改變了。
沃蘭特和他的同事很快就證明了滾糞球的非洲蜣螂擁有可以探測偏振光的背部邊緣區(qū)域，就像沙漠螞蟻一樣。后來，他和瑪麗·達(dá)克開始探索這些甲蟲在實際生活中如何用它來導(dǎo)航。很顯然，這些甲蟲之間爭奪糞便的競爭是如此激烈，為了能帶著戰(zhàn)利品快速逃離，蜣螂必須盡可能沿直線將糞球從糞便堆上滾走。否則，它就有可能會與其他蜣螂發(fā)生沖突，并被搶走寶貴的貨物。出發(fā)前，蜣螂會爬上它新塑造的糞球的頂部，表演一種奇特的圓圈舞，而在這一過程中，它會仔細(xì)地觀察頭頂上方的天空。
許多昆蟲都在夜間活動，雖然它們的復(fù)眼在弱光條件下極為敏銳，但其視覺遠(yuǎn)不如鳥類或人類。因此，雖然它們在黑暗中的視力比我們更好，但它們眼中的世界比我們看到的要模糊得多。蜣螂能否看到許多單獨的星星值得懷疑：也許那些明亮的星星除外。
最顯而易見的可能性是它利用了夜空中最亮的光源，即月亮。由于蜣螂的覓食活動持續(xù)時間很短，所以它不需要考慮月亮方位的變化，但月亮仍然是一個變幻莫測的向?qū)�。它的相位不斷變化，所以它反射的日光量差異很大，而且它每天升起和落下的時間也不一樣。讓事情變得更復(fù)雜的是，每月（陰歷）都有幾個晚上，“新月”在天空中和太陽離得太近，以至于根本看不見它。即便是滿月時的光照強(qiáng)度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于太陽，盡管它們的光譜大致相同。月光也含有紫外線，因此從理論上講，你也可能會被月光灼傷，但這需要很長時間的照射。
蜣螂很好地適應(yīng)了月亮的這種多變。首先，與其說它依賴月亮圓盤本身作為引導(dǎo)，不如說它更多地依賴月光的偏振模式（電矢量），就像蜜蜂和沙漠螞蟻在白天利用太陽的偏振光一樣。
在沃蘭特和達(dá)克進(jìn)行實驗的南非地區(qū)，完全陰云密布的夜晚并不常見，但如果沒有月亮，這些甲蟲該怎么辦呢？
關(guān)于蜣螂可以利用偏振月光設(shè)定路線這一發(fā)現(xiàn)引起了巨大的轟動，描述它的論文被發(fā)表在知名的科學(xué)期刊《自然》上。然而，幾年后，沃蘭特和達(dá)克卻遭受了一場巨大的打擊。一個晴朗的夜晚，他們在喀拉哈里沙漠邊緣安營扎寨。漆黑的天空布滿了星星，他們正在等待月亮升起，以便開始新的實驗。
沃蘭特向我描述了接下來發(fā)生的事情：
我們在外面放了些糞便，以便誘捕一些蜣螂，結(jié)果它們很快就飛了過來。然后它們開始做糞球——這些家伙！它們竟然在沒有偏振光的情況下將糞球沿著完美的直線滾走了……我們倆變得非常緊張，因為突然之間，仿佛有人在我們耳邊大喊：“《自然》撤稿，《自然》撤稿！”
因為一篇文章被證明是不準(zhǔn)確的而被迫從科學(xué)期刊上撤回，是一種公開的羞辱，而從《自然》這樣的頂級期刊上撤稿是最糟糕的�！爱�(dāng)時我們喝了不少酒�！蔽痔m特回憶道，但最終他們兩人又有了一個新想法：
等等，天空中有一條巨大的光帶！銀河。也許它們在利用那個作為向?qū)А鼈冇锌赡茉谟媚莻�嗎？這附近沒有別的東西可供它們使用了。
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