小鰻魚橫跨大西洋，精密的磁場導航系統如何來幫忙？

橫跨大西洋的年幼歐洲鰻鱺。Credit：Louis Bernatchez

撰文 | 鄧子卿 （香港大學生物科學學院博士研究生）

責編 | 陳曉雪

從美洲大陸東岸附近的馬尾藻海域（圖一白色圓圈處）出發，抵達歐洲大陸的斯堪的納維亞半島（圖一中紅色坐標），直線距離接近一萬公里。對歐洲鰻鱺（學名Anguilla anguilla）來說，這段距離連接著它們的兩個家鄉，連接著生與死。

每年，在馬尾藻海出生後不久，年幼的歐洲鰻鱺便踏上了前往歐洲的旅途。跨越北大西洋到達歐洲，它們會在斯堪的納維亞半島或地中海附近的淡水域中度過大部分的生命時光，通常是十年或更久。成年之後它們便游回到出生地馬尾藻海域，在那裡交配產卵，並度過短暫的餘生。新的生命孕育出世，又一代鰻魚將重走祖輩的旅途。幾個世紀以來，如此往複。

圖一，歐洲鰻鱺的出生地馬尾藻海附近（白色坐標處）與棲息地之一斯堪的納維亞半島（紅色坐標）。圖片取自谷歌地圖。

一兩年內，一萬公里，隻身跨越兩個大陸的旅途[1]，即便對於大型動物來說也是不小的挑戰，小小鰻魚是如何完成的呢？科學家們早在幾十年就發現，機智的小鰻魚是通過搭順風車，乘著灣流前往歐洲的（圖二，左側黃色箭頭，從A到D）。

灣流是大西洋環流的一部分，起始於墨西哥灣，沿著北美大陸的海岸線北上，經紐芬蘭向東，然後一分為二，灣流的一部分繼續向北抵達北歐，一部分向南抵達歐洲西南部。不過，小鰻魚到底是如何搭上這一順風車卻是未解之謎。

圖二，灣流、磁場模擬地點以及實驗裝置示意圖。A位於馬尾藻海，B位於大西洋西北部，C位於大西洋北部，D位於英國威爾士（實驗室所在地）。ABCD中的三角形位置對應於右側實驗裝置代表的12個方向，三角形大小代表游向某個方向的小鰻魚數量。

近日，來自美國、瑞士和英國的科學家共同合作，解開了這個謎團[2]。他們發現，小鰻魚是通過感知磁場強度和角度來導航的。不過與海龜以及大馬哈魚不同的是，小鰻魚導航的目的地不是某個固定地點，而是動態的洋流。在旅途中，它們會根據磁場信息改變遊動方向以便進入灣流，然後開始輕鬆的順風車之旅。這項研究發表在4月13日上線的《當代生物學》（Current Biology）。

考慮到小鰻魚是「魚」生第一次走這條路線，又沒有年長鰻魚陪同，小鰻魚應該是擁有天生的導航能力，於是研究者最先想到的就是磁場導航系統。

為了測試磁場對小鰻魚游向的影響，研究者在位於英國威爾士的實驗室中人工製造了電磁場環境，然後將小鰻魚放置其中以測試它們的遊動方向。除了實驗室所在地的背景磁場（圖二，D），實驗還模擬了另外三個小鰻魚遷徙途中路過地點的磁場環境（圖二，ABC）。測試小鰻魚遊動方向的實驗使用了如圖二（右側）所示的裝置。首先，每隻小鰻魚都先被放置在容器X中以適應新的人造磁場環境，之後容器X、Y和Z之間的隔層被拿掉，小鰻魚可以自由選擇留在容器X中或者游向容器Z中的某個隔間。容器Z被分成12個小隔間，代表羅盤上的12個方位，小鰻魚的選擇就代表了它偏好的遊動方向。研究者在每個磁場環境下都測試了超過200條魚的遊動方向，然後對得到的方向數據進行統計分析。

結果顯示，小鰻魚在四種不同磁場環境下的游向各有不同，說明小鰻魚的游向確實是受磁場影響的。與在實驗室磁場環境下的隨機游向（圖二，D）相比，小鰻魚在馬尾藻海域傾向於往西南方向游（圖二，A中綠色箭頭），在大西洋西北部海域傾向於往東北方向游（圖二，B中綠色箭頭），而在大西洋北部海域則是隨機游向（圖二，C）。更令人稱奇的是，馬尾藻海域和大西洋西北部海域的磁場強度只相差5%、磁場角度相差3%，小鰻魚卻能精確的感知兩地的不同進而游向相反的兩個方向，足見小鰻魚磁場導航系統的精密程度。

小鰻魚為什麼會在不同的海域往不同的方向游呢？為了回答這個問題，研究者們對小鰻魚在不同海域遊動產生的結果進行洋流的電腦模擬。結果發現，小鰻魚在馬尾藻海域（圖二，A）和大西洋西北海域（圖二，B）的游向偏好能使它們進入灣流的成功率提高1.5倍（10%提高到15%）。而在大西洋北部（圖二，C），小鰻魚即使像木頭一樣漂流也有70%的概率能進入灣流，這樣看來小鰻魚在大西洋北部的隨機游向也算的上是比較「經濟」的選擇了。

小鰻魚前往歐洲的秘訣算是被揭秘了，不過成年鰻魚如何返回馬尾藻海域產卵還尚不清楚。研究者認為，成年鰻魚很有可能也是依靠類似的磁場導航系統找到馬尾藻海的，這還有待他們進一步的實驗驗證。

參考文獻：

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.

製版編輯：陳曉雪丨

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