导航的方式

现代导航广泛用于海上航行、水下潜航、陆上行驶、空中飞翔和去球外空间遨游。它的目的是指引航路和避免碰撞，在军事上还用于对敌方的目标进行截击。为此，就必须测量运动体的加速度、速度和位置，以及在特定时间所处的位置等信息。导航是一门研究运动体从一处到达另一处的运动的科学。

动物导航也必定遵循这种方式（当然，在外空间没有动物）。它们需要寻找去生息之地的道路；它们需要避开天敌和捕捉猎物，但它们进行的测量是相同的，它们必须检测加速度、速度和位置。此外，它们中的大部分还必须确定时间。

有种叫做“招潮”（螯一大一小的蟹）的小动物，为了伪装保护自己，能在涨潮时改变自身的颜色。如果我们在养鱼缸里放进一只这样的蟹，它就能在一段时间里作为一个极佳的当地潮汛的预报者。我们还能发现其它能更精确的敏感时间的动物，但没人知道它们是如何做到这一点的。

加速度的测量

测量加速度的必要性，不是所有人都理解的。人类利用自身的“加速计”能在黑暗中于自己熟悉的房间里走来走去。如果我们的“加速计”受到干扰，就会感到眩晕，我们甚至就不能在大白天沿着宽阔的大路走去。同样，动物运动时也需要知道“朝前”还是“朝后”，当它们把头转向左面时，它们也会本能地觉察到外部世界好像是向右转了。

鱼的二边各有一个充有液体的囊，里面装有一粒圆珠，圆珠在囊里的位置由许多茸毛来检测。圆珠由于重力作用而沉下去时，沿着底部的茸毛就会向脑子发出一个信息说：“现在正在向上。”在很原始的海洋动物中，这种液囊是敞开在顶部的，其内充的是带有沙粒的海水。沙粒就代替了上述的圆珠。这类动物在蜕化期必须用螯或爪在沙里打洞，并把食物铲入新的洞穴。有一次，一位科学家把一些铁屑给一只在容器里蜕壳的小龙虾，它就不时地将铁屑铲入容器，这时，科学家就在容器的顶上加上一个较强的磁铁。这样铁屑就被吸到容器的上面，小龙虾就会翻转身子来适应这一异常情况。

让我们再回过来谈鱼，假设现在鱼朝前加速，那么液囊里的圆珠就滞留在后面，对于鱼来说就好像正向上倾斜。因此有脊柱的鱼类已进化成了特殊的传感器来检测旋转运动。这些传感器由一些充有液体的半圆形耳道组成，并用茸毛来检测任何转动。鱼的两边各有三个这样的耳道，每个耳道所？E的平面都与另二个耳道的平面相互垂直。鸟类、哺乳动物和人类都具有相似的耳道，只是检测重力的液囊里装的是像白垩似的粒子。这些半圆形耳道和液囊起着和现代导航系统中的陀螺仪和加速计相同的作用。它们的精确度足以使女体操运动员在很窄的平衡木上翻筋斗，并能稳稳落地。人类发明的与这种器官差不多的仪器，像布丁盆那样大，但还不能制成将输出转换成行动的计算机。

昆虫的导航有各种方式。对蜻蜓来说，它的头比身体重，在刮风时，头部就不太容易移动，它们的颈上有茸毛可检测运动；苍蝇有二个翅膀，还有另二个由梗节上的疙瘩组成的残余后翅膀，它们振动时的作用就像转过一个角度的陀螺仪。

速度的测量

现在再让我们来看看动物是如何测量速度的，速度是用连附在带动腿、翅膀、鳍或尾巴的肌肉上的神经来测定的。这些神经能对所接触到的地面、空气或水的压力作出反应。在鱼身上已进化成了压力传感器官，能测定由于前方障碍物产生的压力变化、正因为如此，那些并不算聪明的玩赏金鱼，从来不会猛撞玻璃缸的壁。陆上动物能根据空气的压力或它们鼻子上水分的蒸发情况来测定风向。当然，像测定加速度一样，眼睛在测定速度时也担负着重要的任务。

速度不仅具有大小而且还具有方向，因此就要求动物还得带有某种形式的“指南针”。野鼠、白蚁、臭虫和池螺都带有这类指南针。但它们是怎样的，尚不清楚。例如，德国知更鸟去西班牙过冬，它是在晚间飞行的。有个德国教授在室内饲养了一些知更鸟，他发现这些知更鸟在移栖时节会向着西班牙方向振翼拍翅、烦躁不安。它们在室内看不到天空，为什么能认准西班牙方向呢？教授就把知更鸟关入一只大型的铁笼来屏蔽磁场，知更鸟就朝四面八方振翼拍翅了。最后，教授在知更鸟外部加了一个与地球磁场强度相等而方向成一个角度的磁场，这时知更鸟就都向着新磁场的某一个相同方向躁动了。这是一种新的研究领域。长期来，人们一直认为，动物辨别方向仅仅只依靠它们的眼睛。

视觉导航

“基本眼睛”由一个晶体状和一个感光细胞组成。某些海洋动物在它们的背上有这种感光细胞，以告诉它们到达了什么地方。当它们被放入光线从一边照入的鱼缸时，这些眼睛就会使它们翻转向着一边。更普通的是，像昆虫那样的较低级动物具有由许多基本眼睛组成的一个复合眼睛，正如许多光点能产生报纸上的照片一样。

当天空多云时，来自太阳的光波，沿着一个平面振动。许多昆虫能检测出天空中这种偏振光。甚至在它们看不到太阳时也能感觉到太阳的方向。昆虫也很可能会感觉出颜色，要不花儿为什么要带上如此多的色彩呢？

诸如鱼类、两栖动物、鸟类和哺乳动物等动物，它们的眼睛具有一个聚焦在大量感光细胞上的晶状体。许多感光细胞有它们自己单独的神经，而其它细胞的神经则连接在一起。后者测定运动。由于连接在一起，因而对光敏感得多，但只能形成比较粗糙的图像。顺便提一句，鸟类和鱼类可能都需要着色来辨认它们的伙伴，但对于哺乳动物，除猴子外，似乎都是色盲。

许多被追猎的动物，如鹿和大部分鸟类，在它们头部的两侧都有感光细胞连接在一起的眼睛，因此能看到四周的情况和测定运动。而捕猎者往往具有朝前看的眼睛，因此能精确地进行判断，以进行致命的一击。它们的眼睛两边有连接在一起的感光细胞，用来测定任何运动的物体。

在夜间进行捕猎的动物，如猫头鹰，它们有感光细胞连在一起的眼睛，能在漆黑中检测运动，但不能分辨得很清楚。

因此，被追捕的动物能精确地测定方向，不仅能认准目标，而且能辨认目标的形状。加上对颜色的辨认，这就使它们能认出它们所见的东西。北极燕鸥每年从北极到南极，再返回，共飞行25000英里。途中经常在非洲海岸停歇，再回到大西洋彼岸。在格陵兰岛的鸟，能飞行114天后到达南非，距离达11000英里，还可再飞一段距离。

天文导航

鸟类所具有的、能同时看到两边整个地区的能力，以及能在飞行中使鸟头保持稳定的“加速计”，使得它们能看见太阳、月亮和星星在空中运行。因此，在夜间飞行的鸟类，能通过使自己的头部保持不动来检测星星的旋转和认出北极星。也许正是因为这样，某些只有麻雀那样大的鸣禽，能在晚间从北欧移栖到塞浦路斯，并且为了避开阿拉伯沙漠再转向南飞行到肯尼亚过冬；自己孵化并单独生长的夜莺，如果在移栖期被逮住并放进一个正确对准的天象仪时，就会向着东南方的土耳其振翅欲飞。如果将其它一些夜莺放进一个星星布置得像在它们移栖路上的某些地方的天象仪时，它们同样会向着东南方拍翅。如果把天象仪的星星布置得像在塞浦路斯，它们就会向南拍翅。但如果把天象仪的星星布置得像在目的地一样，那么它们就会停止思迁的烦躁，而安静地入睡。

在白天飞越大海迁徙的鸟类利用太阳来导航，还能对白天太阳方向的变化进行修正。要做到这一点，它们必须有一个非常精确的本能“时钟”。许多情况下，这些鸟直接从它们的巢穴移栖，它们本能地摄入适量的食物供途中食用，因而它们能自然地停落在正确的区域。以后，它们才通过对地面物标和太阳的辨认，飞回出生的地方。

然而，导航本领最高超的也许要首推海鸟了。有一种叫迈克斯海鸥的海鸟，身子不大于燕鸥，把它从英国威尔士海岸的巢中取出，带往3000英里以外大西洋对岸的美国波士顿，它能在12天内飞回自己的鸟巢。而在波士顿和它的鸟巢之间存在的唯一联系，只是在这两地都能看到太阳和星星而已。

在鸟巢处，海鸥已习惯于太阳越过天空的运动，在波士顿，海鸥则发现太阳的轨道要高出10°，有助于它飞离那里。更重要的是，它知道以后的4小时中，太阳将渐渐地升起，因而为了要使太阳回到原来的位置，它必须朝西飞行。它向脑子发出必要指令的过程确实令人困惑不解，但只要知道鸟眼的能力和它的计时机构的精确，对于这种解释也就不难理解了。当然，也可能是鸟利用了太阳越过天空的速度来进行导航。

嗅觉导航

具有锐利目光的助猎动物，也能用嗅觉来认出被捕食的动物。对于陆上的动物，这种本领往往是和测定捕捉物（或敌人）的风向的能力结合在一起。动物也利用嗅觉来辨认和确定位置。例如，蚂蚁在走路时就是用留下臭迹来标记位置的，这样它就能找到归途。蜜蜂用它们的触角来感觉花的气味，而转向香味强烈的方面。如果将它们的触角交叉缚住，它们就会避开花香。

除飞蛾外，鱼类可算是嗅觉最灵了。而鸟类，除鹬鸵外，大都很少依赖嗅觉。蛇形鱼类（如黄鳝、八目鳗等）已被证实能在一立方英里的水中，发现一针头大小的化学制品。在海水里居住了多年的鲑鱼，能利用嗅觉找到通向它所出生的小溪的河流。这是因为从它们还是小鱼苗时起，化学气味的信息就一直在它们细小的脑子里留下了痕迹。

特有感觉导航

现代导航以无线电为基础，然而，我们都不知道动物是否也带有无线电检测器。但是，蛇就是利用对介于光波和无线电波之间的红外辐射的敏感来捕捉那些发出红外辐射的热血动物。某些蟒蛇，头上的口鼻部和眼睛之间有个凹陷，这就是它的“红外眼”。利用它，能在漆黑的洞穴里逮住正在飞行的蝙蝠。某些昆虫能检测紫外光，还有些昆虫能检测X射线。

再让我们来看看助猎动物利用得最多的声音。

猫头鹰通过对活动的瑟瑟声的谛听，能抓住藏在草丛里的老鼠，并能根据声波到达每只耳朵的时间差来辨别方向。有些动物的耳朵像扫描器，用来检测方向。

某些哺乳动物，诸如已回到空中的蝙蝠或已回到水中的鲸鱼和海豚，都已进化成了它们独特的声呐系统。海豹甚至有它的雷达系统，能在游动时收到低压生成的水泡所发出声音的回波。

蝙蝠通过发出短促而尖利的吱吱声和接收它们的回波，能在漆黑中抓住飞行中的小虫，声音每秒能走1100英尺，而它能发觉几英寸以外的昆虫，可知它发声和接收过程是何等之快。蝙蝠成千上万只在洞穴中飞行，为了避免相互碰撞，它们就必须辨认自己的回波，这就像在锦标决赛场中，谛听窃窃私语声。海豚的声呐系统十分精确，以致能在大型游泳池的这一边发现掉入另一边的一粒维生素药丸。人工制造的声呐无法与之匹敌。

对于某些动物具有的感觉，人类由于没有灵敏度足够高的电磁检测器而不能进行甚至是极粗略的仿造。某些鱼居住在浑浊河流的深处，能在自己周围产生一个电磁场，感觉到闯入者或它的同类。活动物之类的目标，相对来说是种良导体，能在其周围引起磁场的集合，这种畸变能被这类“电子鱼”的脑子分析出来。另一方面，露出的岩层是不良导体，会引起磁场的扩散，这些都会被这类鱼检测到。

推算航行法

导航的最重要方法之一，是推算航行法。蜜蜂的舞蹈就是一个突出的例子。当一只工蜂满载花蜜返回蜂箱时，它来回摇晃地舞蹈，成一个“8”字形。这种舞蹈是对着垂直的蜂窝进行的。与地垂线相对的“8”字的中间线，表示与太阳相对的花蜜方位区的方向。如果舞蹈持续时间较长，工蜂就会把太阳的旋转运动考虑进去，进行必要的修正。工蜂带着花蜜回窝的路如果较远，它就会感到疲劳，放慢舞蹈动作。就这样，拥挤在跳舞工蜂周围的其它蜜蜂，就能根据它的舞蹈来辨认花蜜方位区的方向和距离。如果花蜜区离蜂窝较近，蜜蜂就简单地先向一个方向转圈，再向另一个方向转圈。

不仅如此，此工蜂还要到处飞行、搜索，以发现花蜜区，然后，它必须把这些航向和速度合成起来，笔直飞回蜂窝，以上述来回摇晃的舞蹈来给其它工蜂引路。其它动物也具有这种合成航向和速度的本领，例如，鼹鼠在它的洞穴被塌方堵塞时，它能在堵死的另一头，以一定的角度掘出地道，回到它原来的洞穴。

[The Journal of Navigation，1980年9月号]