小鳗鱼横跨大西洋，精密的磁场导航系统来帮忙
►横跨大西洋的年幼欧洲鳗鲡。credit：louis bernatchez
撰文 | 邓子卿 （香港大学生物科学学院博士研究生）
责编 | 陈晓雪
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从美洲大陆东岸附近的马尾藻海域（图一白色圆圈处）出发，抵达欧洲大陆的斯堪的纳维亚半岛（图一中红色坐标），直线距离接近一万公里。对欧洲鳗鲡（学名anguilla anguilla）来说，这段距离连接着它们的两个家乡，连接着生与死。
每年，在马尾藻海出生后不久，年幼的欧洲鳗鲡便踏上了前往欧洲的旅途。跨越北大西洋到达欧洲，它们会在斯堪的纳维亚半岛或地中海附近的淡水域中度过大部分的生命时光，通常是十年或更久。成年之后它们便游回到出生地马尾藻海域，在那里交配产卵，并度过短暂的余生。新的生命孕育出世，又一代鳗鱼将重走祖辈的旅途。几个世纪以来，如此往复。
►图一，欧洲鳗鲡的出生地马尾藻海附近（白色坐标处）与栖息地之一斯堪的纳维亚半岛（红色坐标）。图片取自谷歌地图。
一两年内，一万公里，只身跨越两个大陆的旅途[1]，即便对于大型动物来说也是不小的挑战，小小鳗鱼是如何完成的呢？科学家们早在几十年就发现，机智的小鳗鱼是通过搭顺风车，乘着湾流前往欧洲的（图二，左侧黄色箭头，从a到d）。
湾流是大西洋环流的一部分，起始于墨西哥湾，沿着北美大陆的海岸线北上，经纽芬兰向东，然后一分为二，湾流的一部分继续向北抵达北欧，一部分向南抵达欧洲西南部。不过，小鳗鱼到底是如何搭上这一顺风车却是未解之谜。
►图二，湾流、磁场模拟地点以及实验装置示意图。a位于马尾藻海，b位于大西洋西北部，c位于大西洋北部，d位于英国威尔士（实验室所在地）。abcd中的三角形位置对应于右侧实验装置代表的12个方向，三角形大小代表游向某个方向的小鳗鱼数量。
近日，来自美国、瑞士和英国的科学家共同合作，解开了这个谜团[2]。他们发现，小鳗鱼是通过感知磁场强度和角度来导航的。不过与海龟以及大马哈鱼不同的是，小鳗鱼导航的目的地不是某个固定地点，而是动态的洋流。在旅途中，它们会根据磁场信息改变游动方向以便进入湾流，然后开始轻松的顺风车之旅。这项研究发表在4月13日上线的《当代生物学》（current biology）。
考虑到小鳗鱼是“鱼”生第一次走这条路线，又没有年长鳗鱼陪同，小鳗鱼应该是拥有天生的导航能力，于是研究者最先想到的就是磁场导航系统。
为了测试磁场对小鳗鱼游向的影响，研究者在位于英国威尔士的实验室中人工制造了电磁场环境，然后将小鳗鱼放置其中以测试它们的游动方向。除了实验室所在地的背景磁场（图二，d），实验还模拟了另外三个小鳗鱼迁徙途中路过地点的磁场环境（图二，abc）。测试小鳗鱼游动方向的实验使用了如图二（右侧）所示的装置。首先，每只小鳗鱼都先被放置在容器x中以适应新的人造磁场环境，之后容器x、y和z之间的隔层被拿掉，小鳗鱼可以自由选择留在容器x中或者游向容器z中的某个隔间。容器z被分成12个小隔间，代表罗盘上的12个方位，小鳗鱼的选择就代表了它偏好的游动方向。研究者在每个磁场环境下都测试了超过200条鱼的游动方向，然后对得到的方向数据进行统计分析。
结果显示，小鳗鱼在四种不同磁场环境下的游向各有不同，说明小鳗鱼的游向确实是受磁场影响的。与在实验室磁场环境下的随机游向（图二，d）相比，小鳗鱼在马尾藻海域倾向于往西南方向游（图二，a中绿色箭头），在大西洋西北部海域倾向于往东北方向游（图二，b中绿色箭头），而在大西洋北部海域则是随机游向（图二，c）。更令人称奇的是，马尾藻海域和大西洋西北部海域的磁场强度只相差5%、磁场角度相差3%，小鳗鱼却能精确的感知两地的不同进而游向相反的两个方向，足见小鳗鱼磁场导航系统的精密程度。
小鳗鱼为什么会在不同的海域往不同的方向游呢？为了回答这个问题，研究者们对小鳗鱼在不同海域游动产生的结果进行洋流的电脑模拟。结果发现，小鳗鱼在马尾藻海域（图二，a）和大西洋西北海域（图二，b）的游向偏好能使它们进入湾流的成功率提高1.5倍（10%提高到15%）。而在大西洋北部（图二，c），小鳗鱼即使像木头一样漂流也有70%的概率能进入湾流，这样看来小鳗鱼在大西洋北部的随机游向也算的上是比较“经济”的选择了。
小鳗鱼前往欧洲的秘诀算是被揭秘了，不过成年鳗鱼如何返回马尾藻海域产卵还尚不清楚。研究者认为，成年鳗鱼很有可能也是依靠类似的磁场导航系统找到马尾藻海的，这还有待他们进一步的实验验证。
参考文献：
arai t, otake t, tsukamoto k. timing of metamorphosis and larval segregation of the atlantic eels anguilla rostrata and a. anguilla, as revealed by otolith microstructure and microchemistry[j]. marine biology, 2000, 137(1): 39-45.
naisbett-jones l c, putman n f, stephenson j f, et al. a magnetic map leads juvenile european eels to the gulf stream[j]. current biology, 2017.
