精选
蠵龟（学名：Caretta caretta）能够学会将食物与不同海洋区域的地磁场特征联系起来，这表明它们能够利用体内的磁场“地图”找到已知的觅食区域。这种“地图”和体内的磁场“指南针”依赖于不同的机制，这意味着海龟拥有两种磁感能力。
研究问题
地球磁场在全球范围内的变化具有可预测性。越来越多的证据表明，包括海龟、龙虾、鲑鱼和鸟类在内的一些迁徙动物，能够将地磁场当作一种地图，导航至遥远的目的地 1,2 。所谓磁场地图假说的一个核心观点是，动物能够学会根据特定地理位置的磁场——即其“特征”，来识别一个地理区域。然而，此前尚未在任何物种中证实这种能力。我们探究了标志性的远距离迁徙动物蠵龟，是否能够学会识别不同地理区域的磁场特征。此外，我们还研究了海龟是如何探测磁场的。这项研究具有重要意义，因为人们对动物如何感知磁场知之甚少，且用于探测这些磁场的受体尚未确定。
研究发现
我们研发了一种电磁线圈系统，能够复制不同地理位置的磁场特征。在为期两个月的条件训练方案中，海龟在一种磁场（奖励磁场）中进食，并在另一种无奖励的磁场中停留相同次数的训练时段，在无奖励磁场中它们不会获得食物。训练结束后，对海龟进行测试，以探究它们在奖励磁场中是否比在无奖励磁场中表现出更多的“舞蹈行为”（圈养海龟在期待食物时会做出的一种觅食行为），从而判断它们是否学会了将奖励磁场与食物联系起来。我们还在振荡磁场环境下对它们进行测试，以分析它们探测磁场特征的能力是否依赖于化学磁感受（一种基于对磁场敏感的生化反应的假设机制）3 - 5 。
经过训练的海龟学会了将食物与奖励磁场联系起来，并且能够区分奖励磁场和无奖励磁场（图1a）。这些发现初步证明动物能够学会一个区域的磁场特征。这一发现表明，海龟在长途迁徙过程中可能会利用磁场线索识别并返回觅食区域。理论上会干扰化学磁感受的振荡磁场 3 - 5 ，并没有阻止海龟探测磁场特征，但确实影响了它们选择磁场方向的能力（图1b）。这些结果表明，海龟拥有两种不同的磁感能力：一种用于依赖化学磁感受的体内“磁场指南针”，另一种用于探测“磁场地图”线索。
图1 | 地图测试及涉及射频振荡磁场实验的结果。a，海龟能够区分与缅因州附近相似的磁场（此前在该磁场中它们获得过食物奖励）和与佛罗里达州附近相似的磁场（在该磁场中它们未获得奖励）。在奖励磁场中，动物们花费更多时间“舞蹈”以期待食物。在无射频（RF）振荡（蓝条）和有射频振荡（红条）的实验中，反应无差异。数据为平均值 ± 平均标准误差；圆点表示个体海龟。b，在指南针测试中，向海龟展示与佛得角群岛相似的磁场特征。作为一个群体，它们选择向西游动，这个方向有助于它们在迁徙路线上前进（左图）。如果存在射频（RF）振荡磁场，海龟就无法向西定向（右图）。圆点代表个体；黑色箭头代表平均游动方向，虚线代表95%置信区间。
研究意义
我们的研究结果表明，动物能够学会识别不同地理区域的磁场特征。动物能够区分在生态重要目的地（如觅食或繁殖地点）存在的磁场，这一能力可以解释它们如何导航到极其遥远的地方。磁场探测可能为“地图”和“指南针”两种功能分别进化出不同机制，这一结果进一步支持了其他脊椎动物存在双磁感受系统的越来越多的证据 1,3 。
尽管本研究的结果表明海龟具备将此前未去过的地点（如新的觅食区域）纳入磁场地图所需的感知和认知能力，但本研究并未直接探讨海龟在导航中是否使用习得的磁场特征。虽然我们证明了“磁场地图”和“磁场指南针”依赖不同的机制，但这些机制究竟是什么以及它们如何运作仍有待确定。
磁场地图测试可用于研究海龟的导航能力。海龟能学习和记住多少内容？它们对磁场有多敏感？它们能在导航中使用所学信息吗？未来的实验还将聚焦于探索磁感受背后的机制。——凯拉·M·戈福思，美国德克萨斯州大学站德州农工大学；肯尼斯·J·洛曼，美国北卡罗来纳州教堂山北卡罗来纳大学。
专家观点
为了准确找到并成功返回一个地理区域，鸟类和海龟等迁徙动物需要体验一个地点的磁场条件，并记住其“磁场特征”。动物如何以及是否能够学习这种磁场特征并将其用于导航，此前一直不清楚。基于他们的实验，戈福思等人提出，海龟利用不同的磁感受机制来建立用于迁徙的磁场指南针和磁场地图。——巴西勒·埃尔·琼迪，挪威科技大学，挪威特隆赫姆。
论文背后
我们展开这项研究，是因为我们好奇海龟每年是如何回到相同的觅食和筑巢地点的。当第一批海龟学会了磁场特征后，第二批海龟也展现出识别磁场的能力时，我们既兴奋又欣慰。每天对海龟进行两个月的训练终于有了回报。
接下来显而易见的步骤是使用该测试进行诊断行为测试，以研究磁感受背后的机制。此前从未研究过振荡磁场对动物“地图”感知的影响，因为此前不存在仅依赖于探测磁场地图线索的测试方法。发现振荡磁场对海龟的“地图”感知没有影响很有参考价值，而发现其对“指南针”感知的意外影响尤其令人兴奋——我们原以为海龟的“指南针”不具备化学磁感受所需的合适特性。——凯拉·M·戈福思
编辑视角
当蠵龟幼龟找到一个它们与食物相关联的地方时，它们会开始期待地“跳舞”。海龟能够感知一个地点的磁场“特性”——即该地点存在的特定磁场参数。它们究竟是如何做到这一点的仍是个谜，但可能涉及两种不同的机制。——亨利·吉，《自然》高级编辑
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