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知更鳥是如何知道向南遷徙的?答案可能與量子生物學有關。

2016/3/10  
  

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文/吉姆.艾爾—卡利里(Jim Al-Khalili)、約翰喬伊.麥克法登(Johnjoe McFadden

編/Suzie

過去幾個禮拜以來,知更鳥吃了許多昆蟲、蜘蛛、小蟲、莓果,而這些食物量遠超過牠平常的食量。

現在牠的體重幾乎是今年8月牠的孩子可獨立飛離鳥巢時的兩倍重。

體重增加的部分幾乎都是以脂肪的方式儲存著。

牠即將出發,展開一段艱鉅的旅程,而這些脂肪會提供牠旅程中所需的養分。

離開這座位於瑞典中部的森林,是牠生命中第一次遷徙。

牠已準備好逃離即將來臨的冬天,前往南方投向更溫暖的氣候。

牠朝著195 度的方向飛行。接下來的日子,牠會一直沿著這個方向飛行。

天氣好時,一天可以飛三百多公里。

目前的地貌還是牠所熟悉的,但是再繼續飛行幾公里後,

就會飛進陌生的湖泊、山谷和村莊。

牠旅程的目的地,是位於地中海附近的某個地方。

當牠發現喜歡的地點,就會停下來並且記住這裡的景色。

這樣才可以在未來幾年的遷徙都回到這裡。假如

牠體力更好,甚至會飛到非洲大陸北方的海岸。

但這是牠第一次遷徙,首要目的是遠離北歐即將到來的嚴冬。

遷徙在動物的國度裡是司空見慣的事。例如,每年冬天,

鮭魚會在北歐的河流與湖泊產卵。孵化後,這些幼小的魚苗會沿著河水流到海裡,

進入北大西洋,並在那裡成長茁壯。

3年後,這些成年的鮭魚會回到當年孵化的那條河流與湖泊去產卵。

這樣的例子可以一直列舉下去:各種鳥類、鯨魚、北美馴鹿、

龍蝦、青蛙、蠑螈,甚至蜜蜂,

都有能力完成令許多優秀的人類探險家都感到異常艱辛的旅程。

動物究竟如何在地球上找到正確方向,這是許多世紀以來的謎團。

某些動物在白天利用太陽來導航,而夜晚則運用星座;

某些動物則靠記憶地標的位置;還有一些動物甚至可以「聞到」正確的路徑。

最令人感到神祕的,就是歐洲知更鳥所擁有的導航能力

具備感測地球磁場的方向和強度的能力,就像磁場接收器一樣。

知更鳥有類似磁場接收器的感知力是個謎。

問題在於地球磁場非常微弱——表面磁場大約介於30 70 微特斯拉:

足夠去偏轉羅盤裡一根平衡且沒有摩擦力的針。

但是這個磁場的大小約莫是一般黏在冰箱上的磁鐵所產生磁力的百分之一。

這就出現一個讓人難以理解的事:一隻動物要能偵測到地球的磁場,

代表磁場對動物身體中的某些化學反應產生影響。

但是地球磁場與細胞分子之間的交互作用中所提供的能量,

比破壞或產生一個化學鍵能量的十億分之一還小。

所以,到底知更鳥是如何感知到地球磁場的?

而量子特性,和歐洲的知更鳥可以飛越地球並知道飛行的方向有什麼關係?

所有生命有機體都有它特殊的技能和專長。

人類也有一種器官無可匹敵,我們頭骨裡的灰色物質,

運算能力超出地球上任何一台電腦,

而且創造出古埃及金字塔、廣義相對論、天鵝湖、梨俱吠陀(Rig Veda)、

哈姆雷特、明朝的陶器、唐老鴨。

最厲害的是,人類的大腦擁有意識到自身存在的能力

儘管所有生物大異其趣,它們的組成原子和火星上的隕石卻十分相似。

科學上最大的命題,岩石中這些沒有生命的原子和分子,

究竟如何轉化成日常那些活生生的事物,

像是跑、跳、飛、導航、游泳、成長、愛、恨、性慾、害怕、思考、笑、哭。

我們的科技到目前為止仍然無法產生這種轉化。

生命與岩石,都由相同物質組成,為什麼展現出來卻如此不同?

最早嘗試去了解這個問題的,是古希臘人。

哲學家亞里斯多德可能是世界上第一位偉大的科學家,

他確認了無生命物質的某些性質是可信賴並可預測的:

例如堅硬的物體趨向掉落,但是火和水蒸氣趨向上升,

還有天體物體趨於繞著地球運動。

但是生命體不一樣:很多動物雖然會往下掉,但牠們也會跑,

植物會向上生長,而鳥類甚至會沿著地球表面飛行。

是什麼讓他們和地球上其他東西這麼不同?

古希臘思想家蘇格拉底提出了一個解答,

根據他的學生柏拉圖的記錄:「究竟是什麼,只要放進了身體,

就有了生命?——是靈魂。」

另外一個謎團是,人必定會死亡。一般都相信靈魂是不朽的,

為什麼生命卻是短暫的?

大多數文化提出的答案都是,當驅動生命的靈魂離開身體,

生命體就會死亡。

1907 年,美國醫生鄧肯.麥克杜格爾(Duncan MacDougall

宣稱能夠測量到靈魂,方法是透過替垂死的病人分別在生前和死亡的瞬間秤重。

這實驗讓他得出結論,靈魂的重量約21

但是為什麼靈魂在待了70 年之後一定要離開身體,仍然是個謎。

靈魂的概念,雖然不再是現代科學研究的範疇,

不過它至少讓無生命的部分,從生命的研究中分離出來,

亞里斯多德的觀點認為,物體趨向往地球的方向運動,

或是遠離地球,或者繞著地球。

所以他認為這些運動是自然的運動。他也理解到,

堅固的物體可以被推、拉,或是投擲,

這些運動他稱為「激烈的」,而且認為它會因另一種物體

(例如投擲東西的人)的某種力量而發生。

但又是什麼造成投擲的動作——或是鳥類的飛行呢?

這些運動很明顯沒有外來因素。

諾貝爾物理學得主理察.費曼(Richard Feynman)堅信:

「我做不出來的東西,表示我還不懂它。」從這個角度來看,

我們不懂生命,因為我們還不能製造它。

我們唯一可以製造生命的方法,是將生化物質注入已有生命的細胞,

或者是吃掉它們,讓它們變成我們身體的一部分。

為什麼我們仍然不能履行一個幾百萬兆最低階細菌每秒都可以輕鬆完成的工作?

這是一個著名的物理學家埃爾溫.薛丁格(Erwin Schrödinger),

在七十多年前所思考的問題,而且他那令人吃驚的答案,

便是這本書核心的內容。

文章節錄自《解開生命之謎:運用量子生物學,揭開生命起源與真相的前衛科學》

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