世界上的候鸟种类繁多，绝大多数的候鸟迁徙距离都比较远，基本上会跨越几个气候带。有一种候鸟名为斑尾塍鹬，可以说是候鸟界的翘楚，它们在每年的8－9月间，会从位于北极圈的阿拉斯加，连续飞行一周左右，在中间不吃不喝最终抵达新西兰，总飞行长度达12000公里。

在漫长的飞行过程中，斑尾塍鹬既要时刻忍受自然界的不利气象条件，同时还得时刻保持旺盛的精力和体力，此外还得躲避沿途天适的侵扰，一群斑尾塍鹬数量有成千上万，在此过程中不可避免过会有一部分死亡，然而在长期演化的生活习性作用下，它们不得不这么做，飞行过程中可能会死亡，而留在原地几乎百分百死亡。

像很多其他类型的鸟，在每年的秋天和春天，都会在原栖息地和迁徙目的地之间，往返进行这种十分壮观且非常危险的迁徙，而且它们这种长途飞行的习性，基本上没有“老师”来教它们怎么做。
长期以来，人们对鸟类的这种季节性迁徙感到十分困惑。除了那些在原地筑巢越冬和冬眠的鸟类之外，剩下的鸟类种群都会选择在两地之间进行很远的飞行，即使是年幼的鸟儿也会知道去哪里。人们不禁心生疑问，这些鸟儿是如何找到自己的路呢？
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科学家们对鸟类迁徙不迷路的行为，已经研究了很长时间，特别是50多年来，对鸟类利用磁场来确定路线和方向的生理模式，也有了初步的掌握。然而，科学家们对于候鸟是如何利用磁场来保持航向的，始终没有明确的结论。
近期，有研究团队通过深入和长期的研究，发现候鸟能够根据体内的短寿命分子片段产生的量子效应，转化为眼睛的一种光化学机制，使这些鸟类似乎能够看到地球的磁力线。

候鸟有一个每年一度的生物钟，告诉它们什么时候迁徙，这种生物钟是固化在每类候鸟的基因中的。当需要迁徙的日期到来时，它们就会利用独特的感知系统，来确定迁徙的航向。在进化的过程中，那些自身感知系统不灵敏或者不准确的，最终基本上都会在迁徙过程中被淘汰。候鸟的这种感知系统，主要来自三个方面。

第一个是视觉。候鸟通过观察夜间围绕北极星的天体旋转，在开始第一次迁徙之前，就已经“学会”了定位北方，它们体内的生物钟则可以帮助它们校准白天的方向。

第二个是嗅觉。鸟类对曾经去过地方的气味非常敏感，而且记忆力十分强大，对于候鸟来说，嗅觉的记忆更为强烈和稳固。迁徙目的地所具有的特有气味，能够帮助候鸟们准确识别哪些地方它们来过，哪些地方它们没有到达过。

第三个则是磁感应。长期以来，科学家们对候鸟的视觉和嗅觉的详细生物物理机制，已经有了很深入的了解，但是对于候鸟磁感应能力的诱发机制，则涉足不多。
为了深入研究这一问题，科学家们首先对候鸟磁场感应特征进行明确。通过对笼中候鸟暴露在快速变换的磁场环境，发现鸟类探测磁场的变化和翻转，并不会影响鸟儿的正确定位能力。另外一个方面，鸟类对地球磁场的感知，会受到极其微弱的磁场干扰。这两者似乎是一个矛盾。

当研究团队将矛盾的症结放到鸟类体内的短寿命分子，即自由基对时，眼前一下子明朗起来。鸟类体内的这些自由基对，具有独特的化学生物性质，使其本身对微弱的地球磁场作用非常敏感。这方面的研究，其实在40多年前就有科学家们注意到了，但内在的机理始终没有得到很好地阐释。

研究团队另辟蹊径，利用量子力学的观点作出了分析。在量子力学中，电子具有一种自旋的角动量，这是一个既有大小又有方向的矢量。而具有自旋性质的粒子，则具有磁矩，就像一个微观的磁体一样。

在自然界中，大多数的分子电子数量是偶数的，它们成对排列，自旋相互对立，因此相互抵消。而候鸟体内的自由基，是一个失去或者得到一个电子的分子，因此相应具有自旋特征和磁矩。当两个自由基通过化学反应同时产生，即形成自由基对时，每个自由基则呈现出平行自旋或者反平行自旋的性质，在量子力学中这叫做三重态和单重态。

在形成自由基对之后，鸟类身体内部的磁场，会使两个电子自旋经历一个复杂的量子“华尔兹”，在这个“华尔兹”中，单线态变成三线态，三线态变成单线态，每秒钟的变化频次达到数百万次，持续时间为几微秒。而且在适当的条件下，这种变化会受到外部磁场的影响。正是这种候鸟身体与地球磁场之间微妙的量子效应，奠定了它们独特的磁场感应基础。

通过更深入的研究，科学家们发现，将这种引发磁场感应基础得以充分释放的器官，极有可能是候鸟的眼睛。在候鸟的视网膜中，存在特殊的感觉分子(磁感受器) ，通过吸收所对应的光线波长，可以创造出磁感应的自由基对，而形成的自由基对对弱磁场的相互作用极为敏感，之所以能够形成这种光化学作用，则与候鸟视网膜中含有蛋白质隐花色素有关。

不但在鸟类体内含有这种蛋白质隐花色素，植物、人类、鱼类、昆虫等很多生物体内都有。这种物质的功能很丰富，其中之一是通过吸收特定波长的光线，来控制生物体生长和调节体内的生物钟。在候鸟的眼睛中，已经发现了6种蛋白质隐花色素，当它们吸收蓝光时，会形成自由基对的自然光感受器。

当然，关于候鸟的生理功能如何与微弱的地球磁场匹配，以及如何在鸟类眼中形成自由基对，则需要更加深入地研究。候鸟迁徙是长期演化的结果，而随着人类活动强度的加剧，以及全球气候的变化，候鸟在漫长的征途中，所面临的生存威胁变得越来越严重，而这更是环境保护工作者和自然资源保护者重点研究和攻克的难题。