The Quantum Nature of Bird Migration

高精度ナビの仕組み　鳥には地磁気が見えている

By Peter J. Hore ／Henrik Mouritsen

P. J. ホア／H. モウリットセン


Imagine you are a young Bar-tailed Godwit, a large, leggy shorebird with a long, probing bill hatched on the tundra of Alaska. As the days become shorter and the icy winter looms, you feel the urge to embark on one of the most impressive migrations on Earth: a nonstop transequatorial flight lasting at least seven days and nights across the Pacific Ocean to New Zealand 12,000 kilometers away. It’s do or die. Every year tens of thousands of Bar-tailed Godwits complete this journey successfully. Billions of other young birds, including warblers and flycatchers, terns and sandpipers, set out on similarly spectacular and dangerous migrations every spring, skillfully navigating the night skies without any help from more experienced birds.		あなたがオオソリハシシギの幼鳥だと想像してほしい。すらりとした足と獲物を探るための長いくちばしを持つ大型の水鳥だ。アラスカのツンドラで卵から孵化したあなたは，日が短くなって凍てつく冬が迫ると，地球上でも特に見事な渡りに出発したいという衝動に駆られる。赤道を越え，1万2000km先のニュージーランドまで少なくとも7昼夜飛び続ける，太平洋縦断の無着陸飛行だ。行くか，さもなくばこのまま死ぬか。毎年，数万羽のオオソリハシシギがこの渡りを無事に終えている。毎年春には，ムシクイやヒタキ，アジサシ，シギなど何十億羽もの幼鳥が同様の壮大で危険な渡りに旅立ち，経験を積んだ仲間の助けなしに夜空を迷わずに飛んでいる。
People have long puzzled over the seasonal appearances and disappearances of birds. Aristotle thought that some birds such as swallows hibernated in the colder months and that others transformed into different species—redstarts turned into robins for the winter, he proposed. Only in the past century or so, with the advent of bird banding, satellite tracking and more widespread field studies, have researchers been able to connect bird populations that winter in one area and nest in another and show that some travel vast distances between the two locales every year. Remarkably, even juvenile long-haul travelers know where to go, and birds often take the same routes year after year. How do they find their way?		人々は鳥がなぜ季節ごとに姿を現しては消えるのかについて長い間頭をひねってきた。アリストテレスは，ツバメなどの一部の鳥は真冬の数カ月間冬眠し，それ以外の鳥は別の種類に姿を変える（例えば，ジョウビタキは冬の間コマドリに変身する）と考えていた。足環などを使った標識調査や衛星による追跡調査，より広範なフィールド調査の普及によって，ある地域で越冬する鳥の集団と別の地域で繁殖する集団が同一だとわかり，一部の鳥が毎年2つの場所の間を長距離移動していることが示されたのはこの100年ほどのことだ。驚くべきことに，長距離の渡りをする鳥は幼鳥でも目的地を知っており，どの年も同じルートを取ることが多い。彼らは渡りのルートをどうやって見つけるのだろうか。
Migrating birds use celestial cues to navigate, much as sailors of yore used the sun and stars to guide them. But unlike humans, birds also detect the magnetic field generated by Earth’s molten core and use it to determine their position and direction. Despite more than 50 years of research into magnetoreception in birds, scientists have been unable to work out exactly how they use this information to stay on course. Recently we and others have made inroads into this enduring mystery. Our experimental evidence suggests something extraordinary: a bird’s compass relies on subtle, fundamentally quantum effects in short-lived molecular fragments, known as radical pairs, formed photochemically in its eyes. That is, the creatures appear to be able to “see” Earth’s magnetic field lines and use that information to chart a course between their breeding and wintering grounds.		昔の船乗りが太陽や星を目印にして船を進めていたように，渡り鳥は天体をナビゲーションの手がかりとして使っている。ただし，鳥は人間とは違い，融解した地球コアによって生じた磁場（地磁気）も検知し，それを使って自分の位置や向きを割り出している。鳥の磁気感覚については50年以上研究されているが，鳥たちが渡りのルートから外れないために地磁気の情報をどのように使っているのか正確なところはわかっていない。　最近，私たちや他の研究者がこの長年の謎に挑み始めた。私たちの実験から得られた証拠は驚くべきことを示唆している。鳥の眼の中では光化学反応によって「ラジカル対」という短寿命の分子ペアが形成されており，鳥のコンパスはこのラジカル対に生じる微妙で本質的には量子的な効果に依存しているのだ。つまり，鳥たちは地球の磁力線を“見る”ことができ，その情報を使って繁殖地と越冬地の間のルートを決めているようだ。