証拠によれば、鳥の航法能力には、これまで訪れたことのない世界の地域から家へ戻る道を見つける仕組みが含まれている可能性がある。
ヨーロッパセンダイムシクイに関する新たな研究は、鳥が「全地球型GPSシステム」を備えている可能性を示唆している。
「仮想変位」と呼ばれる実験により、ヨーロッパセンダイムシクイは、周囲の磁場に基づいて自身の位置を地図上に捉えられることが示された。
これらの「磁気的手がかり」を用いて鳥がどのように航法を行っているのか、また、種ごとに異なる位置特定の手法について完全に説明するには、さらなる研究が必要である。
毎年、何十億羽もの小鳥が、ヨーロッパとアフリカの間を数千マイルにわたって移動し、そして最初の長い旅で選んだまったく同じ場所に巣を作るため、年ごとに同じ旅を繰り返している。
驚くべき航法の正確さは、荒れた海を単独で渡り、広大な砂漠を横断し、気象や気温の極端な変化の中を移動するこれらの小さな鳥が示すものであり、行動生物学における長年の謎の一つとなってきた。
風に大きく流されて移動ルートから著しく外れた鳥でも、進路を修正できることは知られていることが分かっている。すでに一度渡りを経験している場合に限る。このことから、鳥の航法能力――その一部は方位感覚に基づいている――には、これまで一度も訪れたことのない世界の地域から、帰巣するための仕組みが含まれている可能性が示唆されてきた。
今回、私たちの新たな研究により、ヨーロッパセンダイムシクイには、人間の座標系のように機能する「磁気地図」という驚くべき能力があることが明らかになった。驚いたことに、この研究では、これらの鳥が、一度も訪れたことのない数千マイルも離れた地域の磁場を把握していることがわかった。このことは、一部の鳥が「全地球型GPSシステム」を備えており、地球上のどこからでも帰巣方法を知ることができる可能性を示唆している。
心の中の地図
成鳥が渡りのために何らかの航法地図を形成することは、以前から知られている。しかし、その方法については、いまだに論争が続いている。いくつかの手がかりが提唱されてきた渡り鳥の指針として、におい、超低周波音、さらには重力の変動までが挙げられている。
しかし、多くの証拠が積み重なっており、地球の磁場がこの謎の最有力な解答の一つであることを示している。地球の磁場の異なるパラメータが、鳥が従う南北および東西の線からなる格子を形成している可能性があると指摘されている。
その理由は、磁気強度（磁場の強さ）と磁気伏角（磁力線と地表面がなす角度で、「伏角」とも呼ばれる）がいずれもおおむね南北方向に伸びているためである。磁気偏角――磁北極の方向と地理的北極の方向との差――が東西の軸を与えている。
特定の鳥が地球の磁場を利用して航法を行うことについてはおおむね一致しているものの、科学者たちは、それを検知するためにどのような感覚器官を使用しているのか、また、磁場の異なるパラメータを検知するために複数のシステムが使われているのかどうかを、正確にはまだ解明できていない。カメなど他の動物も磁場を感知できるが、同様の不確実性が当てはまる。
いずれにせよ、鳥が北へ向かうにつれて磁気強度が増すことを学習していれば、どこにいても南北軸上の位置を検知できるはずである。同様に、これまでに経験したことのないほど大きな偏角の値を感じれば、より東にいることがわかるはずである。この考えに基づき、鳥は格子上の自分の位置を計算し、向きを修正できると理論づけられている。
つまり、鳥は現代のGPS航法の基礎となっている、私たちのデカルト座標に似た体系を用いて本質的に航法を行っていることになる。この座標理論が正しければ、鳥は磁場のパラメータに関する知識を用いて、航法ルールを外挿または拡張することにより、地球上のどこにいてもその位置を推定できるはずである。
しかし、これまでのところ、鳥がこのように磁場を利用できることを示す明確な証拠はない。しかし、私たちの新たな研究は、渡りを行うヨーロッパセンダイムシクイ――またはAcrocephalus scirpaceus――を対象としたもので、実際にそのようなことが可能であることを示す明確な証拠を初めて示したものである。
誤った北
座標理論を証明するため、私たちは「仮想変位」と呼ばれる手法を用いた。「エムレン漏斗」と呼ばれる小さなケージに鳥を入れ、その飛行行動を観察した。鳥が飛び立とうとすると、飛ぼうとする方向に引っかき傷を残す。
驚くべきことに、この結果は、野生で渡ろうとする方向と一致していた。これは、先行研究から分かっている。鳥が離陸時から磁場を用いて進路を定めているかどうかを検証するため、エムレン漏斗を「ヘルムホルツコイル」の内部に設置した。これは、鳥の周囲の磁場の性質を変えることができる装置である。
この方法により、仮想変位を作り出した。鳥は動かず、捕獲された場所でテストされ、磁場以外のすべての条件は同一に保たれた。磁場は、通常の生息域の北東に遠く離れた地点に一致するように変更された。この地点は、センダイムシクイがこれまでに経験したことのないほど遠くの磁場になるように選ばれた。
鳥が周囲の磁場に基づいて自分の位置を把握できる場合にのみ、移動させられたことを認識できる。実際、鳥たちは離陸方向を、現実世界では「誤った」方向へ、しかし私たちがエムレン漏斗の周囲に作り出した磁気世界では「正しい」方向へ飛ぶよう変えた。
飛び立つ
この手がかりはセンダイムシクイやその他の渡り性の小鳥にとって重要かもしれないが、鳥が用いる航法システムはこれだけではけっしてない。海鳥やハトを含む他の鳥は、航法のために嗅覚的手がかり（匂いや香り）を必要とすることが示されている。現段階では、こうした選好の違いの理由はわかっていない。
また、鳥が磁気的手がかりを使ってどのように航法を行っているのかという謎の理解には近づいてはいるものの、鳥が磁場をどのように感知しているのかは、依然として謎のままである。鳥は、クリプトクロムと呼ばれる光感受性分子を通じて、あるいは磁性を持つ酸化鉄粒子を含む感覚細胞を通じて磁気の値を感知しているとの説が示されてきたが、そのいずれについても決定的な証拠はまだ得られていない。
とはいえ、行動に関する証拠は、地球の磁場が、毎年繁殖のために壮大な旅をする一部の鳥にとって極めて重要であることを、引き続き裏付けている。全地球測位システムとして、鳥に世界の完全な航法地図を提供しうる仕組みである。
