為何天還沒亮鳥兒就知道該起床了?

真相追追追

「早起的鳥兒有蟲吃」這句話同時也彰顯出「晚睡的蟲兒被鳥吃」,特別是一些夜行性的蛾類,由於牠們的趨光性行為[1],因此會慘遭早起的鳥兒所捕食。譬如早些年我曾到過中橫迴頭彎附近的蓮花池山莊住過一宿,那時就看過在天還沒亮的時候,青背山雀早已守候在路燈旁來獵捕飛蛾。另外,由於我居住在溪邊的林緣地帶,所以屋旁的樹上常可見到紫嘯鶇的蹤影,牠都是黃昏時從水邊飛回來棲息,隔天三~四點就起床啼叫,由於十分準時,所以幾乎都可以當鬧鐘使用了^^

剛開始我以為這種行為是與生物時鐘有關,不過牠在不同的季節裡鳴叫的時間有所不同,譬如夏季凌晨三點牠就起床開始叫了,冬天則約晚了一個小時。有趣的是,當天上雲層很厚的時候牠就不叫,要等到天亮才會飛到溪邊去獵食,因此這似乎打破了與生物時鐘的聯繫性。難道鳥類的覺醒與鳴叫是和光的強度有關嗎?但問題是凌晨三四點天還黑著呢!這時除了路燈之外哪有甚麼光呢?

原來是鳥類的視錐細胞所含有的視色素比人類多了一種,因此牠們可以看到人類看不到的光譜範圍:近紫外光[2] 。就是因為紫外線的偏振光在天還沒亮之前就已經出現在天際,而且這些偏振的紫外光出現的時機比陽光中的可見光整整提前了九十度,也就是在太陽露臉之前的六小時,這些偏振的紫外光就已經出現在地平線上了。以紫嘯鶇在夏季啼叫時的凌晨三點而言,這時這一圈偏振的紫外光在天空分布的狀況,大約是從北方地平線劃過一條通過東方仰角45度的天空而到達南方地平線的一條光帶。

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由於中午的陽光穿過空氣的路程就是大氣層的厚度,但是黎明時陽光穿過空氣的路程卻可高達約290公里,這種狀況下的散射損耗相當嚴重,其中又以短波長的光更明顯。因此在太陽升起前出現在天空中的這一道光環中,其紫外光與紫光的強度也是一天中最強的時刻。由於這一條劃過天空的紫外光帶是人眼無法察覺的,所以我們認為天還沒亮,但對紫嘯鶇而言,這卻是一條遠比人類眼中的夏季星空中之銀河更亮的亮帶,就是這個亮帶讓紫嘯鶇提前知道太陽即將露臉了。由於此時氣溫仍低,所以牠就藉由吊嗓子來暖和身體,等到四肢手腳靈活了,就能飛到水邊去飽餐一頓。這也是為何當凌晨雲層很厚時牠不啼叫的原因,因為在這種狀況下的紫外線不容易穿透厚實的雲層而抵達地面,於是紫嘯鶇就不會出現經由紫外光所造成的制約反應 – 鳴叫。

這時或許有人會認為鳥兒既然是闔眼睡覺,那麼牠又如何能察覺到這道劃過天空而長達180度視角的紫外光?難道牠們閉眼也能看見亮光嗎?答案是肯定的,雖然鳥類睡覺時會闔上瞬膜,由於它是半透明的,所以鳥兒在睡眠中仍然可以感覺到外界的亮光,此時不管可見光或是紫外線對牠們而言都是可見的亮光。至於人類睡覺時闔眼是闔上眼臉,它比鳥類瞬膜的透光性差,不過強光下人眼還是能感知的,這也就是早上拉開窗簾讓陽光透進來,能把小朋友喚醒的機制^^。

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鳥類的視覺既然都是包含紫外光的四色色覺系統,為什麼偏偏紫嘯鶇就比其他鳥類早起床?難道那些非得要等到太陽曬屁股才會出門的其他品種鳥兒,牠們對凌晨的紫外光可以不當一回事而繼續睡大頭覺?我認為這或許是食性的差異使然。因為有些鳥是吃蟲的,當然就要早起,在清晨氣溫低時蟲兒的活動力較差,這時覓食的成功率會較高;對於其他吃素的鳥兒而言,晚一點起床天色較亮,這時判斷果實的成熟與否或許反而會比較精準些。

至於這種在天空中的紫外光偏振帶,除了能被鳥類利用當作鬧鐘用途之外,芬蘭吉瓦斯基拉大學的維伊塔拉(Jussi Viitala)與同事研究發現,紅隼(Falco tinnunculus)這種小型猛禽看得見田鼠曾走過的足跡。這是因為小型齧齒動物會在行經之處排出尿液,這些尿液由於會反射紫外光,於是能讓紅隼的紫外錐細胞所察覺。另外,在天空中的紫外光偏振帶也能被昆蟲複眼中的紫外錐細胞感測到。譬如英文有句諺語:「If the bees stay at home, rain will soon come; If they fly away, fine will be the day.」這句話說明了蜜蜂的覓食行為也受偏振紫外光的影響,因為若雲層太厚,蜜蜂卻離巢去採蜜,這樣有可能由於無法判定正確的方位而造成蜂群返巢時迷航而失蹤。瑞典科學家MARIE DACKE的研究也發現若將照射在非洲糞金龜身上的偏振光旋轉90度時,糞金龜的前進方向就會立即轉了90度,因此證實非洲糞金龜與蜜蜂、螞蟻等昆蟲是利用偏振光來進行導航定位。偏光天文羅盤就是從當中所得到的啟發而製成的定向羅盤,使用這種儀器,即使飛機在磁羅盤失靈的南、北極上空,依然能準確地定向飛行。

註:
[1] 飛蛾撲火─ 自殺或被騙

[2] 察顏觀色 鳥類更勝一籌

延伸閱讀

美國科學家解開候鳥導航的30年未解之謎

陽光散射後的偏振性 – 當哈利波特遇上物理光學篇