季老師的量子生物讀書會,科普書《Life On The Edge》試譯。
本人英語很差,翻譯主要是為了學習科普讀物本身內容方便,順便用作英文學習練習之用。
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第一章:引言
今年歐洲的冬天來得別樣的早,夜晚的空氣中也透著一股刺骨的寒冷。在一只年輕的知更鳥腦海深處,埋藏著的某種意圖的模糊感覺,變得堅定了起來。
這只鳥在過去的幾周以來大快朵頤地吞咽著遠多于一般時候攝入的昆蟲、蜘蛛和漿果,而且現在,她的體重幾乎是在八月她的孩子們飛回巢穴時體重的兩倍。這多出來的大腹便便基本是脂肪的儲存,這些脂肪將成為她所需要的燃料,幫助她完成那即將到來的艱巨旅程。
這將會是她短暫的生命里第一次離開瑞典中部地區云杉森林的遷徙,幾個月前,她曾在這片森林中養育自己的雛鳥。幸運的是,上一個冬天并不是那么的嚴酷,去年的她還沒有完全成長成熟,因此也無法承擔這么漫長的旅行。但是現在,直到明年開春為止,她已不再需要承擔母親的責任了,只需要考慮自己就好,她已準備好在冬天來臨之前逃離這里,前往南方,尋找一片溫暖的土地。
日落之后過了幾小時,她沒有選擇在夜晚安居入睡,而是躍進了一片幽暗之中,跳到在那棵自己春天時用作筑巢的大樹下,旁邊的一根樹枝尖上。她抖了抖身子,就像是馬拉松運動員在開賽前運動一番放松肌肉那樣,月光下,她那橘黃色的胸肌閃閃發光。而那個曾耗費了她很多艱苦努力和心思的鳥巢,僅僅離她幾英尺遠,一部分被在樹干上苔蘚覆蓋的樹皮遮住——這一切已然變成了一份模糊了的記憶。
她并不是唯一一只打算離開的鳥,對于其他知更鳥而言——無論是雄性還是雌性——都早已決定了他們前往南方的長途遷徙。在她四周的樹林中,她聽到了一股高亢刺耳的歌聲,這股歌聲淹沒了夜間林地里其他生物平時發出的聲響,好似鳥兒們被迫宣布了自己的離去,對著森林里的居民們發出訊息,仿佛要告訴他們,在侵占離去的鳥兒的空巢之前,可要三思而后行啊——畢竟,這些知更鳥在來年開春之時還要回來的。
她快速地斜了一下頭,確認海岸線依然清晰,便縱身飛入了夜空。冬日的夜晚更加漫長,她必須連續飛行十個小時,才能有機會再次休息。
她設定好了195°方向(即西偏南15°方向)的路線,接下來的幾天里,美好的一天開始后,每日的行程或多或少,她都會朝著這條路行進,飛過這共計兩百英里的路程。她在沿途中既沒有什么期待,也沒有想過到底要飛多久。自己熟悉的云杉木地貌漸漸遠去了,僅僅飛過了幾英里,她便看到了一片不同的景觀,湖泊、山谷和村鎮映入眼簾,仿佛一幅月光照耀下的山水畫。
地中海旁的某處將會是她的目的地,盡管他還沒有什么特定的目標地點,但當她找到優秀的棲地時,便會停下來,記住當地的一些地標,以便在以后的幾年里再度光臨。如果她足夠強壯,她或許甚至可以飛躍地中海前往北非海岸,但這次只是她的第一次遷徙,她的目標僅僅是逃離即將到來的北歐之冬,以及冬天帶來的刺骨寒冷。
在身邊一同飛往大概是同一方向的知更鳥群中,很多同類在之前早已經歷過了多次遷徙旅行,身在其中的她看上去很不顯眼。盡管她的夜視能力十分出色,但卻沒有去找地標——如果我們也做這樣一番旅行的話,大概會像是其他夜間遷徙的動物那樣,追尋著明亮夜空中星辰的軌跡,在腦海中繪出一片貫通天地的地圖。然而,她用的不是這招,而是自己的方法——一個在幾百萬年的進化中得來的,更加強大的技能,賦予她一種能力,可以在一年一度的秋季大遷徙旅途中,穿越兩千英里的路程的能力。
當然,遷徙在動物王國里是一件再平常不過的事情了。每年冬天,舉例的話,大馬哈魚在北歐的河流及湖泊中產下卵,留下年幼的小魚苗,待到魚卵孵化時,魚苗便會跟隨者河流入海,流入大西洋逐漸長大并發育成熟。三年后,這些年輕的大馬哈魚便會返回那片他們養育了他們長大的河流或者湖泊,進行自己的繁育。新世界帝王蝶遷徙,每年入秋后朝南飛行數千英里,直達美國。他們,或者他們的后代(帝王蝶會在遷徙途中繁育)會在之后返回春天他們化蛹時的那棵樹。南大西洋上的阿森松島海岸上出生的綠海龜,在返巢之前要在海洋里游上幾千英里,每三年才會回到那個他們從殼中出生,蛋殼散落一地的海灘上,完成他們自己的繁育。還有以下這些:各種各樣的鳥類、鯨類、北美馴鹿、大鰲蝦、青蛙、蠑螈,甚至還有蜜蜂,它們都參與過這場足以挑戰人類的最偉大探險的旅程。
動物是如何尋路的呢?這曾是千百年來的巨大謎團。現在我們知道,他們使用很多種方法來做到這一點:有的在白天觀測太陽導航,而在夜間觀測天體導航;有的記憶地標;還有的甚至在這星球上可以嗅出自己的路途。但最神秘的導航方法莫過于這些歐洲知更鳥的能力了:他們可以偵測地磁場的方向和強度,也就是所謂的「磁感應能力」現象。而且我們還知道,有很多其他的生物也有這樣的能力,而歐洲知更鳥(學名:歐亞鴝)尋路穿越全球則是我們的故事中最有趣的一環。
讓知更鳥知道如何遠程飛行并尋找方向的機制,被寫入了父母遺傳給后代的DNA加密編碼中。這種能力既精巧又常用,她經常用這種「第六感」去繪制路線圖。像是很多的其他鳥類、昆蟲和海洋生物,她有能力去感知弱小的地磁場并且繪制出方向信息,通過內置的導航感官——對于她而言,還需要一種新型的化學指南針。
磁感應能力仍是一個謎團。主要問題在于,地磁場實在是很弱小——地表的地磁場大約只有30~70mT左右:雖然這的確足夠把無摩擦的指南針提供一個極小的偏折角,但其大小不過只有一個普通的電冰箱磁鐵的百分之一而已。這就成了一個謎題:如果地磁場要被動物感知,那么必然要去影響動物身體某處的化學反應——這也是包括我們自己在內的,地球上的所有生物如何感知這些外界信號的方式。但是地磁場提供的能量,僅僅是破壞或結合這些化學鍵所需能量的十億分之一。那么,知更鳥又是如何感知地磁場的呢?
謎團雖小,但依舊吸引人。畢竟總有這樣一種可能性——這個問題的答案或許將會顛覆我們對世界的認識。在16世紀,哥白尼在一個小問題上的沉思就導致了對托勒密的太陽系地心說的憂慮,指引了他把整個宇宙的重心搬離人們身邊。達爾文對動物物種分布以及為孤島上雀類和反舌鳥為何形成兩個不同的物種的癡迷,指引了他提出進化論的猜想。還有德國物理學家麥克斯·普朗克對黑體輻射之謎的解決方案,引起了人們對較熱物體發射輻射方式的猜想,指引了他去指出能量是由被稱為「量子」的離散的小塊傳遞的,也正由此,在1900年創立了量子理論。那么,對于鳥兒全球尋路方式的解釋能否提供一場生物學界的革命呢?答案也如同大家期盼的那樣:是的。
但是這類謎團往往也是偽科學和神秘主義的棲地,正如牛津大學化學系Peter Atkins在1976年提出的:「磁場效應對化學反應的研究一直都是吹牛的騙子們活蹦亂跳的園地。」的確,什么亂七八糟的江湖理論都出來了:從心靈感應和地脈線(一種不可見的通路鏈接著各種各樣的被神圣能量灌注的考古或者地理據點的理論)到極富爭議的超心理學家Rupert Sheldrake發明的「形態學共鳴」,它們在某種程度上都可以作為候鳥遷徙的一種解釋。因此,Atkins在1970年的保守意見是可以理解的,它反映了那個時代的科學家對動物可能感知地磁場的一種普遍的的懷疑心態。看上去,似乎沒有任何分子層面的機制可以允許動物這么做——至少在傳統的生物化學中,沒有屬于磁感應能力的一席之地。
但在Peter Atkins提出他的懷疑態度同一年里,Wolfgang Wiltschko和Roswitha Wiltschko,一對地處法蘭克福的德國鳥類學者夫妻團隊,在《科學》雜志上出版了一部突破性的論文,毋庸置疑地確認了知更鳥可以偵測到地磁場。更顯著的是,他們展示出了鳥兒的感覺并不需要像一般的指南針那樣工作——指南針可以分辨出南極和北極,而一只知更鳥只能分辨出極地和赤道。