زمین مغناطیس و جهت‌یابی زنبورها و پرندگان

معلوم شده است كه گونه‌های متعددی از جانوران (مارمولك‌ها، مارهای آبی، كرم‌ها، و جز اینها) در مقابل میدان مغناطیسی از خود واكنش نشان می‌دهند، ولی رفتار پرنده‌ها و زنبورها بیش از همه بررسی شده است. اینكه پرنده‌ها در پروازهای خود از میدان مغناطیسی زمین استفاده می‌كنند فرضیه تازه‌ای نیست و اولین بار در سال 1882 مطرح شده است. اولین آزمون‌های علمی این فرضیه را بگلی در سال‌های 1947 و 1951 انجام داد. آزمایش‌های او روی كبوترهای خانگی مؤید آن است كه این پرنده‌ها می‌توانند عرض جغرافیایی، و همچنین (به قول خود او) عرض مغناطیسی را حس كنند و تشخیص بدهند. خطوط هم ارز این پارامترها تشكیل یك شبكه مختصات می‌دهند كه اگر این پرنده‌ها بتوانند هر دو پارامتر را بسنجند قادر خواهند بود هر نقطه‌ای را روی این شبكه تعیین كنند. یگلی در یكی از آزمایش‌هایش آهنرباهای كوچكی به بال‌های بعضی از كبوترها بست و مشاهده كرد كه آن‌ها یا راه بازگشت را به كلی گم می‌كنند و یا با تأخیری نسبت به كبوترهای دیگری كه قطعه‌ای مس هم وزن همان آهن‌رباها به بال‌هایشان بسته شده است به خانه می‌رسند. این آزمایش را محققان دیگری هم مكرراً انجام داده‌اند، كه نتیجه بعضی از آن‌ها مثبت و بعضی دیگر منفی بوده است. در آزمایش دیگر، یگلی كبوترها را طوری دست آموز كرد كه به خانه‌ای در پائولی در پنسیلوانیا برگردند. وقتی آن‌ها را به نبراسكا برد و نزدیك به نقطه‌ای كه عرض جغرافیایی و عرض مغناطیسی آن برابر با مقادیر مربوط به پائولی بود رها كرد، كبوترها به جای رفتن به پائولی به نقطه نظیر آن در نبراسكا پرواز كردند. كارتی ظاهراً باید در تفسیر نتایج این آزمایش‌ها دچار اشتباه شده باشد.
اولین سازوكاری كه یگلی در مورد این مشاهدات پیشنهاد كرده این است كه كبوتران با تماشای مناظر زمین به سرعت خود را بر آورد می‌كنند (در روزهای مه‌آلود نمی‌توانند به خانه برگردند) و دیگر اینكه می‌توانند نیروی كور یولیس را احساس كنند. نیروی كوریولیس بستگی به سرعت و عرض جغرافیایی دارد و بنابراین، تعیین عرض جغرافیایی بر مبنای این اطلاعات علی‌الاصول امكان‌پذیر است. سازوكار دیگر این است كه كبوتران با ولتاژی كه در اثر حركت در میدان در آن‌ها القا می‌شود، به مؤلفه قائم میدان مغناطیسی (كه با عرض مغناطیسی فرق دارد) پی می‌برند. اما ایرادهای زیادی در مورد این پیشنهاد دوم مطرح شده است.
وال كت و همكارانش در سال 1979 متوجه شدند كه در جمجمه كبوترها مگنتیت وجود دارد، كه وسیله بسیار آسان‌تری برای دریافت میدان مغناطیسی است. مگنتیت در دولفین‌ها هم پیدا شده است. پرستی و پتی گریو سازوكار دیگری برای دریافت میدان مغناطیسی پیشنهاد كرده‌اند. احتمال دارد آن چیزی از میدان مغناطیسی كه دریافت می‌شود زاویه میل باشد، كه فقط مستلزم دانستن راستای میدان و راستای قائم است. اگر پرنده بتواند جهت میدان را تشخیص بدهد، یك راستای مرجع در اختیار خواهد داشت. آزمایش‌هایی كه اشمیت – كوئینگ گزارش كرده است نشان می‌دهند كه سینه سرخ‌ها با احساس جهت شیب میدان مغناطیسی، بدون توجه به قطبیت، جهت قطب را تشخیص می‌دهند. آلن نشان داده است كه بسیاری از پرنده‌ها در مسیرهای مهاجرت خود تمایل به انتخاب راستاهای مغناطیسی ثابتی دارند. یگلی مدعی است امواج رادار و فرستنده‌های رادیویی جهت‌یابی كبوترها را مختل می‌كند، اگرچه هندرسون، كلارك، پك، و هولندر، اورگل و اسمیت گزارش كرده‌اند كه پرنده‌ها به میدان‌های خیلی شدید مغناطیسی هم واكنش نشان نمی‌دهند.
البته پرنده‌ها در پروازهای خود از پدیده‌های ژئوفیزیكی طبیعی دیگری نظیر مكان خورشید و ستاره‌ها، و قطبش نور آسمان نیز استفاده می‌كنند.
واكنش‌های زنبورها در مقابل میدان مغناطیسی زمین پیچیده‌تر است. به نظر می‌رسد كه زنبورها وقتی مرجع اولیه خود، یعنی راستای قائم را گم می‌كنند، از میدان مغناطیسی به عنوان راستای مرجع ثانوی استفاده می‌كنند. از طرف دیگر این میدان گاهی موجب سر درگمی زنبورها در پیدا كردن چشمه‌های شهد هم می‌شود. با خنثی كردن میدان مغناطیسی زمین، این سردرگمی تا حدود زیادی كاهش می‌یابد.
گولد، كریشوینك، دفینز سازوكار دریافت میدان مغناطیسی زمین را در زنبورها مطالعه كرده‌اند. آن‌ها متوجه شدند كه در شكم زنبورهای زنده مكنتیت به صورت دانه‌های تك حوزه‌ای وجود دارد.
این حوزه‌ها در عرض بدن زنبور واقع شده‌اند و میدان بزرگی در خارج بدن تولید می‌كنند كه گاهی به سمت چپ و گاهی به سمت راست است. این مغناطیدگی در مرحله شفیره كه زنبور ساكن است و نسبت به میدان مغناطیسی زمین در جهت معینی قرار دارد، ایجاد می‌شود، و پس از مرگ حشره كه وضعیت دانه‌های مگنتیت به هم می‌خورد و انرژی مغناطیسی مجموعه آن‌ها كم می‌شود مغناطیدگی هم از بین می‌رود.
بنابر پژوهش‌های بلك مور بعضی گونه‌های باكتری ناژك‌دار به كمك میدان مغناطیسی زمین جهت‌‌یابی می‌كنند. این باكتری‌ها كه ناهوازی‌اند و در بستر آب‌های كم عمق به سر می‌برند، در نیمكره شمالی در جهت میدان مغناطیسی زمین و در نیمكره جنوبی در خلاف این جهت شنا می‌كنند. فرانكل و همكارانش در محل‌های كشت این باكتری‌ها بلورهای مگنتیت پیدا كرده‌اند.
بعضی انواع حلزون‌ها نیز قدرت جهت‌یابی در میدان مغناطیسی را دارند، ولی به نظر می‌رسد ارتباط این جهت‌یابی با زمان محلی پیچیده باشد.
آهن‌رباها و میدان مغناطیسی زمین نقش عمده‌ای در پژوهش‌های فیزیكی ریچانباخ در اواسط قرن گذشته داشته‌اند. بنابر ادعای ریچانباخ بعضی افراد – كه او آن‌ها را حساس نام گذاشته است – می‌توانند میدان‌های مغناطیسی را با بدن خود احساس كنند، وجهت قرار گرفتن آن‌ها نسبت به میدان در آرامش آن‌ها مؤثر است. این افراد قادرند نوری‌را كه از میدان‌های مغناطیسی گسیل می‌شود (كه شفق قطبی هم تجلی همین پدیده است). ببینند. البته برای تأیید آزمایش‌های ریچانباخ جز در مواردی معدود كوششی نشده، شاید هم به این دلیل كه مشاهدات كاملاً عینی در این مورد امكان نداشته است.
حتی در مورد آب یا بها هم گفته شده است كه آن‌ها ذخایر آب‌های زیر زمینی را با استفاده از احساس تغییرات میدان مغناطیسی پیدا می‌كنند. كه این گرادیان مربوط به جریان‌های الكترو پالایشی در آب جاری است. اگر این ادعا درست بود و این سازوكار صحت داشت، آن‌وقت باید این غیب‌گوها بیشتر به خاطر كشف ذخایر آهن شهرت پیدا می‌كردند نه به خاطر كشف آب.