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第13章 动物之谜(5)

难道在鸟类的身上具有某种特殊的“导航装置”吗?人们对它进行了多次的反复观察和研究。最初,人们认为,鸟类飞行路线的选择,在很大程度上是取决于食物的性质的。以后,又有人认为,鸟类是依靠着地面上的某些特别突出的明显标记。例如高大的建筑物、纪念碑等等来识别方向。在飞越大海的时候,则是依靠着像灯塔一类的标记来识别方向的。1937年,英国的一位学者曾把在某岛上捕捉到的一些海鸟带到陌生的大陆上空放飞。结果它们仍然顺利的儿飞返原岛。看来,他们并非根据地标飞行。但到底依据什么飞行,生物学界没有取得一致的看法。这样过了几年,以后又有人提出了鸟类根据太阳来确定飞行方向的解释。因为人们发现,有很大一部分候鸟事实上是在白天飞行。但是,对于那些夜间飞行的鸟类,又是依靠什么来“导航”的呢?

为了揭开这个“谜”,科学家们就在天象厅里进行了个大胆的实验他们将几只习惯于夜间飞行的候鸟——莺,放在天象厅里。天象厅就像自然界的夜空,满天星斗。这些莺就在天象厅里根据人造星空进行季候迁飞。当科学家把“天空”位置回转180度时。它们就立即调过头来,向着相反的方向飞去。这就是说,特别是那些在夜间进行集群迁飞的候鸟,是依据星空来识别方向的。

有报告说,某些鸟类(如燕八哥)的体内,有着异常精确的“生物钟”,如果把光源固定不动,他们也会随着时间的推移而逐渐改变面对的方向,循着一定的路线迁飞。

近年来,一些学者还根据观察实验的结果提出:某些生物,其中包括一些候鸟在内,能够依据天空偏振光来定向。他们认为,生物(包括一些候鸟)脑部有一种十分完善的“微型计算机”。根据视觉和其他信息,它们能区分拐过的角度或飞行(爬行)的距离,最后“算出”目标所在的方向或最短路径。

鸟类学家的实验还证明:候鸟也能利用地球磁力线来确定飞行的方向。有报告说,某些鸟类对次声特别敏感,他们在高空飞行时,能听到远处的雷雨声,能听到1000公里外的波涛声,甚至还能听到电离层的脉冲声。也许,它们就是凭借着这种特殊本领来识别方向,进而不断修正飞迁路线的。

鸟类的迁徙大多发生在南北半球之间,少数在东西方向之间。候鸟迁徙的距离远近不同,有的仅在不远或者比较远的范围内迁徙,有的则需飞行很远的路程,飞越高山,飞过重洋。鸟儿迁徙时飞行的高度,一般在900米左右。迁徙时飞行的速度,一般在每小时40~80公里,一般夜间(如果在夜间飞行)比白天快,春季比秋季快。迁徙时飞行距离较短的鸟类,一天的旅程不超过100公里;而长距离飞行的鸟类,每天必须赶路150~200公里。

近20年来,世界许多地区的春季温度缓慢上升,许多动物的生活习惯对此作出相应改变,把繁殖期提前。荷兰科学家对一种春天从非洲飞抵欧洲的候鸟进行了细致研究,结果发现:这种鸟迁徙时间没有提前,但产卵期确实比以前提早,但这仍不足以赶上食物高峰期。由于气候变暖,鸟类的食物高峰期已经大大提早。

研究人员猜测,候鸟迁徙的时间表可能已经固化在其头脑中,成为本能,很难迅速适应这些改变。他们担心,由于繁殖期内食物不能充分供应,候鸟的生存可能面临困难。也有人认为,其实不必担心,鸟儿自己会有办法的。但所有的科学家都一致认为,进一步研究和了解鸟类,减少人为活动可能对它们造成的损害,是非常必要的。

神奇的动物记忆力

动物是否有记忆力?如果有的话,那么它是根据什么来记忆的呢?这是令人感兴趣的一件事,也是科学家正在进行研究的课题。过去人们一直将记忆视为人类特有的功能,然而,一系列的实验证实,某些动物确有惊人的记忆力,无论是较高等的海豚、黑猩猩,还是较低等的老鼠、螃蟹、海龟、蟾蜍等。

实验表明,仅用简单的“本能”、“条件反射”来解释动物的记忆问题是远远不够的,许多动物的记忆都是建立在一定的“记忆基础”之上的,关键是我们能否找到这个基础。就已知的情况,海龟的记忆基础是气味,大象的记忆基础是声音,等等。而对于更多的动物,我们目前并不知道它们的记忆基础是什么。

美国科学家最近对山雀的行为进行了研究。他们发现这些田鼠般大小的鸟,能把为过冬而C藏的种子牢记心里;不管是5处、10处,甚至更多的地方,它们均能找到自己建立的这些“秘密仓库”。在其他如对燕雀、金丝雀的研究中,科学家们听到它们每年春天唱的歌,“曲目”同往年完全不同,既新鲜又动听。这说明,鸟类的大脑有特殊的学习记忆能力,它们并不满足于年复一年地“唱同一支歌”。

在另一项实验中,美国科学家乔治裴根夫妇对蜘蛛的记忆力作了多次测试。他们的实验过程是:把振动的音叉移近蜘蛛让它听到;蜘蛛的听觉产生了反应,并以为是动物的鸣声,就拉一缕蛛丝跌落下来。连续这样试验下去,它共跌9次;但是在最后3次,它跌不远又上去了。第二天再进行同样的试验,情况和以前一样。这些实验显示出:蜘蛛有一些记忆力,后3次下跌不远,说明它不愿意上当了;而第二天试验情况如同前一天,则说明蜘蛛即使有记忆力,也是有限的,不然为什么昨天上了当今天又受骗了呢?

相比之下,蜜蜂的记忆力远胜蜘蛛。科学家通过实验发现,如果每天上午9时至11时,定时用糖浆喂养蜜蜂,其他时间盘子是空的,过了几天即使盘子内没有糖浆,蜜蜂也会按时嗡嗡光顾。可见,蜜蜂的记忆力可以保持好几天时间。

章鱼的记忆力又胜一筹。有个试验员名叫赛纳,他给养在水池中的章鱼扔了一个大牡蛎。章鱼想吃里面的肉,结果费了几个小时摆弄来摆弄去,怎么也打不开外壳,最后放弃。过了7天,赛纳又如法炮制,将一个大牡蛎扔进水池;但是这一回章鱼只看了一眼就不再理睐了,甚至连伸出“手”碰摸一下都懒得。这表明一周前“不愉快”的事,它还记忆犹新,于是不打算“白耽误工夫”。

海龟也有着惊人的记忆力。当幼海龟脱壳而出后,就本能地连头也不回,匆匆忙忙爬向大海。这个过程虽只有数分钟,但幼海龟已记住它有生以来第一次接触到的海水的气味,并且终生不忘。15至30年后,这些海龟会千里迢迢、正确无误重返自己出生的故乡,繁殖后代。为了揭示海龟重返故里的秘密,美国学者最近做了一些饶有趣味的买验。

最近几年来,美国鱼类和海生动物管理局每年从墨西哥沿海收集约2千枚海龟卵。收集的方法别具一格:

当母龟产卵时,不让卵落入沙坑,而直接落入塑胶袋中。然后,实验人员将海龟卵装入灌有得克萨斯州潘德雷岛沙粒的箱子中,运回潘德雷岛沙滩。等孵出幼龟后,给它们做上标记,让它们爬入大海。等这些幼龟游出大约15米时,把它们捞起放人得克萨斯州的加尔沃斯顿海域。不久,这些幼龟会不约而同地返回潘德雷的海域中,没有一只重返它们的墨西哥海滩出生地。这个实验令人信服地表明,尽管这些海龟卵出生于墨西哥,但没有接触到那儿的环境,它们孵化后第一次嗅到的是潘德雷岛的海水气味,所以并不留恋加尔沃斯顿海域的水质,而对潘德雷岛海水怀有特殊的感情。

非洲有一种银粉蛇,它会在自己经过的路上撒下银白色的粉末,作为标记。这种蛇十分谨慎,从来不在洞外睡觉,总是当天沿着粉末的路径回巢。显然银粉蛇是靠撒下的银粉中的化学物质,来增强记忆的。乌鸦的记性主要通过视觉来体现。乌鸦可以让徒手的人靠近自己,但如果遇到手持武器的人靠近,它就界迅速展翅飞走。因为它亲眼见过并记得,很久以前曾被这种家伙吓唬过一次。

上述实验表明,不同的动物记忆力不一样,记忆的特点和方式也有区别。未不过一般来说,动物的记忆力与它们的智力和脑容量有关,高等动物的记忆力就比低等动物强得多。有一匹马曾在矿井下拉车10年,这段时间它从未上过地面。后来由于衰老的缘故,有一天主人把它送出矿井;这匹老马“自由”后,立即直奔向离矿井很远的饲养场——它早年生活的地方。可见,10年的岁月流逝和繁重的劳役,并没冲淡老马的记忆力。大象的记忆力同样也十分持久。在肯尼亚进行的一项研究表明,非洲大象能辨认其他多头大象发出的不同叫声,哪怕是在分开几年之后。英国南部萨塞克斯大学几名研究人员组成的实验小组在位于肯尼亚的安博塞利国家公园录制了一些母象用来联系的低频的呼声。这些声音是大象用来确认个体,也是用它组成一个复杂的“社群网络”的一部分。在记录下哪些大象经常碰面,哪些互不交往后,研究人员把这些叫声插放给大象群体听,并观察它们的反应。如果它们认识发出叫声的大象,马上就会有诸如期待等“良好反应”;如果不认识的话,它们要不干脆就当没听见,要不就会变得易怒而且戒备。研究发现,一只大象至少能辨认其他14个“家庭成员”;而对于它们之间如何联络的记忆也相当持久。当把一头巳经死了两年的大象叫声播给它的“家庭成员”听时,它们仍然回应并向声源走来。

经过对上述这些动物记忆现象的长期研究后,目前神经科学家们倾向认为九人类以及部分较高级动物的记忆痕迹最初是在大脑深处一个叫“海马回”的区域形成的,信息是储存在相连的神经细胞里的。早就有迹象表明,大脑细胞的分化繁殖(这一过程被称为疗“神经形成”)发生在拥有更原叭始的神经系统的动物身上。很多年以来,洛克菲勒大学的菲尔南多诺特博姆就提供证据表明:

金丝雀在每“学习”一首歌曲时就产生一批新的神经元,当到了改变曲调时,它们又把这些神经元蜕换掉。普林斯顿大学的伊丽莎白古尔德和查尔斯格罗斯的一份研究报告指出,他们对猴子的研究发采现,猴子似乎每天都能在它们大脑的海马区域产生出数千个新的神经元。具有重要意义的是:神经元繁殖产生的地方是海马区域,无可争议的是,这对于动卩物记忆至关重要。古尔德猜测,也许新产生的海马神经元在相互间形成连接时特别迅速。至于金丝雀,新细胞将很容易地联手以编码成一个新的记忆码。接着,当这些新细胞不再需要时,它们就将被从系统中移走,记忆痕迹就将转移%到其他地方保管起来。对42只山雀的脑部进行解剖观察,发现海马回的细胞每年都在更新;10月冬季来1临之前,更新量最大;每年约有2%的神经元被新生长的神经细胞取代。燕雀的海马回也有类似的情况。

科学家于是得出结论:这些动物的记忆能力与海马回细胞的新陈代谢密切相关。以往的研究认为,神经突触是记忆单元,神经细胞不能再生,但突触可之以不断长出,使树型思维结构不断分叉,而保持较好的记忆能力。而现在的研究则认为,记忆单元是整个神经元,神经细胞能再生,至少山雀是这样。为了产生良好的、长达数月或数年的记忆,需要整个神经元参加,而不是几个突触。这是部分脑科学家最新研究得出的结论。现在已有证据确认,人、猴、啮齿类动物记忆力的衰退,与海马回受损有关。

动物的记忆力还与存在于脑中的核糖核酸、乙酰乙酯等物质有关。这种核糖核酸可以抽取注射,因此动物的记忆力也可以转移。世界着名的神经化学家乔治昂加尔认为:动物的记忆力并非不可捉摸,而是一种具有化学物质的特性,由细小的蛋白质分子有序排列组合而成。他通过训练大白鼠受电击时发生恐怖情绪使之产生记忆力,然后把这种恐怖记忆物质抽取出来又注射到另一只大白鼠身上。结果发现这只大白鼠未经电击就浑身颤抖,表明它已被注人了这种恐怖的记忆。这说明,动物记忆具有明显的物质性,是一种生物性的化学反应过程。

上述动物的记忆既然具有与人类记忆相似的特征,那么是否可以探索一些方法来改善动物的记忆呢?如果发现这样的方法,是否可以同样地用于增进人类记忆?

美俄两国科学家分别通过不同的实验,发现了一些改进动物记忆的方法和途径。美国哈佛大学休斯医学研究所神经科学专家坎德尔的研究小组,新近宣布他们发现了一种增强记忆开关的基因,这种基因能使转基因小鼠记忆增强。科学家将此基因插入小鼠染色体而制成转基因小鼠模型。用强力霉素激动后,这种基因能产生钙调神经磷酸酶的抑制物。在大脑的基本记忆存储区——海马区域,钙调神经磷酸酶抑制PKA的作用。而PKA参与的信号传导通路(LTP)控制长时程增强过程。LTP使神经元之间联系增强,是脑内记忆储存的主要神经通路。之后科学家首先在海马脑片上进行了生化研究,在整体水平进行电生理研究。结果证明,强力霉素确能使LTP增强。研究者又进一步对小鼠的记忆进行了行为学测试,发现钙调神经磷酸酶被抑制的小鼠,无论与正常小鼠相比还是与去掉强力霉素作用的小鼠相比,对熟悉的物体被移动到新地点或被物体取代的记忆能力更强。

而俄罗斯科学院有机化学研究所专家、科学院院士托尔斯季科夫则宣布,他们发现西伯利亚雪松针叶中的一种酸性甲醚可改善实验动物的记忆力。实验中,科研人员为老鼠注射了雪松针叶中所含的一种酸性甲醚及其衍生物。通过化验科研人员发现,这些物质能够促使老鼠的大脑皮层中形成暂时的神经联系,记住事物的特点及其相互间的联系。当被记忆的事物重新出现时,老鼠大脑中的神经联系能够较快地再度活跃起来。为了验证所获得的发现,科研人员将记忆力相差无几的老鼠均分成甲乙两组,并对其进行相同的记忆力实验。区别是在每次实验前1小时,科研人员只为甲组老鼠注射雪松针叶制剂。结果,科研人员发现,甲组老鼠比乙组老鼠的记1乙力要强。

到现在为止,更多有关改进动物记忆的研究方法仍在探索之中。但是,在究竟能否将上述方法用于人类记忆力改善的问题上,目前科学家们尚无定论。俄研究人员表示,在下一阶段的研究中,科研组将依据上述成果开发适于人类服用的生物调节剂,以增强人的记忆力。但是,就记忆的生理过程的奥秘本身来说,科学家们首先需要破译动物记忆以及人类记忆的基因之谜,然后再通过改进基因序列的生物工程技术,最终达到改善人类记忆的目的。

语言是能够传递信息的符号。人类语言系统非常发达,不仅有形体、动作、图标等语言,还有复杂的语音语言和文字语言(书面语言)。此外人们都知道,动物也会利用各种方式互相传递信号、信息,这是它们的“语言”。

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